C++ object-pool, который предоставляет элементы в качестве интеллектуальных указателей, возвращаемых в пул при удалении

мне весело с C++-идеями, и я немного застрял с этой проблемой.

Я хочу LIFO класс, который управляет пулом ресурсов. Когда запрашивается ресурс (через acquire()), он возвращает объект как unique_ptr это при удалении приводит к возврату ресурса в пул.

модульные тесты будут:

// Create the pool, that holds (for simplicity, int objects)
SharedPool<int> pool;
TS_ASSERT(pool.empty());

// Add an object to the pool, which is now, no longer empty
pool.add(std::unique_ptr<int>(new int(42)));
TS_ASSERT(!pool.empty());

// Pop this object within its own scope, causing the pool to be empty
{
  auto v = pool.acquire();
  TS_ASSERT_EQUALS(*v, 42);
  TS_ASSERT(pool.empty());
}

// Object should now have returned to the pool
TS_ASSERT(!pool.empty())

базовая реализация, которая прошла бы тесты, за исключением важного финала тест:

template <class T>
class SharedPool
{
 public:
  SharedPool(){}
  virtual ~SharedPool(){}

  void add(std::unique_ptr<T> t) {
    pool_.push(std::move(t));
  }

  std::unique_ptr<T> acquire() {
    assert(!pool_.empty());
    std::unique_ptr<T> tmp(std::move(pool_.top()));
    pool_.pop();
    return std::move(tmp);
  }

  bool empty() const {
    return pool_.empty();
  }

 private:
  std::stack<std::unique_ptr<T> > pool_;
};

вопрос: как сделать так, чтобы acquire() возвращает unique_ptr такого типа, что делетер имеет знание this, и называет this->add(...), вернуть ресурс обратно в бассейн.

13
c++ c++11 pool smart-pointers

4 ответов

наивная реализация

реализация использует unique_ptr с пользовательским deleter, который возвращает объекты в бассейн. Оба!--5--> и release are O(1). Кроме того, unique_ptr с пользовательскими deleters может быть неявно преобразован в shared_ptr.

template <class T>
class SharedPool
{
 public:
  using ptr_type = std::unique_ptr<T, std::function<void(T*)> >;

  SharedPool() {}
  virtual ~SharedPool(){}

  void add(std::unique_ptr<T> t) {
    pool_.push(std::move(t));
  }

  ptr_type acquire() {
    assert(!pool_.empty());
    ptr_type tmp(pool_.top().release(),
                 [this](T* ptr) {
                   this->add(std::unique_ptr<T>(ptr));
                 });
    pool_.pop();
    return std::move(tmp);
  }

  bool empty() const {
    return pool_.empty();
  }

  size_t size() const {
    return pool_.size();
  }

 private:
  std::stack<std::unique_ptr<T> > pool_;
};

пример использования:

SharedPool<int> pool;
pool.add(std::unique_ptr<int>(new int(42)));
pool.add(std::unique_ptr<int>(new int(84)));
pool.add(std::unique_ptr<int>(new int(1024)));
pool.add(std::unique_ptr<int>(new int(1337)));

// Three ways to express the unique_ptr object
auto v1 = pool.acquire();
SharedPool<int>::ptr_type v2 = pool.acquire();    
std::unique_ptr<int, std::function<void(int*)> > v3 = pool.acquire();

// Implicitly converted shared_ptr with correct deleter
std::shared_ptr<int> v4 = pool.acquire();

// Note that adding an acquired object is (correctly) disallowed:
// pool.add(v1);  // compiler error

возможно, вы поймали серьезную проблему с этой реализацией. Следующее использование не немыслимо:

  std::unique_ptr< SharedPool<Widget> > pool( new SharedPool<Widget> );
  pool->add(std::unique_ptr<Widget>(new Widget(42)));
  pool->add(std::unique_ptr<Widget>(new Widget(84)));

  // [Widget,42] acquired(), and released from pool
  auto v1 = pool->acquire();

  // [Widget,84] is destroyed properly, together with pool
  pool.reset(nullptr);

  // [Widget,42] is not destroyed, pool no longer exists.
  v1.reset(nullptr);
  // Memory leak

нам нужен способ сохранить живую информацию, необходимую для делетера, чтобы сделать различие

  1. должен ли я вернуть объект в пул?
  2. должен ли я удалить фактический объект?

один из способов сделать это (предложенный T. C.), чтобы каждый делетер держал weak_ptr to shared_ptr член SharedPool. Это позволяет deleter знать, если бассейн был уничтожен.

исправить реализация:

template <class T>
class SharedPool
{
 private:
  struct External_Deleter {
    explicit External_Deleter(std::weak_ptr<SharedPool<T>* > pool)
        : pool_(pool) {}

    void operator()(T* ptr) {
      if (auto pool_ptr = pool_.lock()) {
        try {
          (*pool_ptr.get())->add(std::unique_ptr<T>{ptr});
          return;
        } catch(...) {}
      }
      std::default_delete<T>{}(ptr);
    }
   private:
    std::weak_ptr<SharedPool<T>* > pool_;
  };

 public:
  using ptr_type = std::unique_ptr<T, External_Deleter >;

  SharedPool() : this_ptr_(new SharedPool<T>*(this)) {}
  virtual ~SharedPool(){}

  void add(std::unique_ptr<T> t) {
    pool_.push(std::move(t));
  }

  ptr_type acquire() {
    assert(!pool_.empty());
    ptr_type tmp(pool_.top().release(),
                 External_Deleter{std::weak_ptr<SharedPool<T>*>{this_ptr_}});
    pool_.pop();
    return std::move(tmp);
  }

  bool empty() const {
    return pool_.empty();
  }

  size_t size() const {
    return pool_.size();
  }

 private:
  std::shared_ptr<SharedPool<T>* > this_ptr_;
  std::stack<std::unique_ptr<T> > pool_;
};
15

вот пользовательский делетер, который проверяет, жив ли пул.

template<typename T>
class return_to_pool
{
  std::weak_ptr<SharedPool<T>> pool

public:
  return_to_pool(const shared_ptr<SharedPool<T>>& sp) : pool(sp) { }

  void operator()(T* p) const
  {
    if (auto sp = pool.lock())
    {
      try {
        sp->add(std::unique_ptr<T>(p));
        return;
      } catch (const std::bad_alloc&) {
      }
    }
    std::default_delete<T>{}(p);
  }
};

template <class T>
class SharedPool : std::enable_shared_from_this<SharedPool<T>>
{
public:
  using ptr_type = std::unique_ptr<T, return_to_pool<T>>;
  ...
  ptr_type acquire()
  {
    if (pool_.empty())
      throw std::logic_error("pool closed");
    ptr_type tmp{pool_.top().release(), this->shared_from_this()};
    pool_.pop();
    return tmp;
  }
  ...
};

// SharedPool must be owned by a shared_ptr for enable_shared_from_this to work
auto pool = std::make_shared<SharedPool<int>>();
7

хотя вопрос старый и уже получил ответ, у меня есть один незначительный комментарий к решению, предложенному @swalog.

функтор Делетер может привести к повреждению памяти из-за двойного удаления:

void operator()(T* ptr) {
  if (auto pool_ptr = pool_.lock()) {
    try {
      (*pool_ptr.get())->add(std::unique_ptr<T>{ptr});
      return;
    } catch(...) {}
  }
  std::default_delete<T>{}(ptr);
}

unique_ptr созданный здесь будет уничтожен, когда исключение будет поймано. Следовательно,

std::default_delete<T>{}(ptr);

приведет к двойному удалению.

Это можно исправить, изменив место создания unique_ptr из T*:

void operator()(T* ptr) {
  std::unique_ptr<T> uptr(ptr);
  if (auto pool_ptr = pool_.lock()) {
    try {
      (*pool_ptr.get())->add(std::move(uptr));
      return;
    } catch(...) {}
  }
}
2

рассмотрите возможность использования shared_ptr вместо. Единственное изменение, которое вам нужно сделать, это не count авто указатели с более чем одним владельцем. Предметы, которые были бы получены от SharedPool может удалить автоматический указатель как обычно, но SharedPool остались бы реальное авто указатель.

template <class T>
class SharedPool
{
 public:
  SharedPool(){}
  virtual ~SharedPool(){}

  void add(std::unique_ptr<T> t) {
    pool_.push_back(std::move(t));
  }

  std::shared_ptr<T> acquire() {
    assert(!empty());
    return *std::find_if(pool_.begin(), pool.end(), [](const std::shared_ptr<T>& i){return i.count() == 1;});
  }

  bool empty() const {
    return std::none_of(pool_.begin(), pool_.end(), [](const std::shared_ptr<T>& i){return i.count() == 1;});
  }

 private:
  std::vector<std::shared_ptr<T>> pool_;
};
0