UE_C++ —— Unreal Smart Pointer Library

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一，Smart Pointer Types

二，Benefits of Smart Pointers

三，Helper Classes and Functions

虚幻智能指针库 为C++11智能指针的自定义实现，旨在减轻内存分配和追踪的负担；该实现包括行业标准 共享指针（Shared Pointers）、弱指针（Weak Pointers） 和 唯一指针（Unique Pointers）；其还可添加 共享引用（Shared References），此类引用的行为与不可为空的共享指针相同；虚幻Objects使用更适合游戏代码的单独内存追踪系统，因此这些类无法与 UObject 系统同时使用；

一，Smart Pointer Types

智能指针可影响其包含或引用对象的寿命，不同智能指针对对象有不同的限制和影响；

Shared Pointers

(TSharedPtr)

共享指针拥有其引用的对象，无限防止该对象被删除，并在无共享指针或共享引用（见下文）引用其时，最终处理其的删除；

共享指针可为空，意味其不引用任何对象；任何非空共享指针都可对其引用的对象生成共享引用；

Shared References

(TSharedRef)

共享引用的行为与共享指针类似，即其拥有引用的对象；对于空对象而言，其存在不同；共享引用须总是引用非空对象；共享指针无此类限制，因此共享引用可转换为共享指针，且该共享指针引用有效对象；要确认引用的对象是非空，或者要表明共享对象所有权时，请使用共享引用；

Weak Pointers

(TWeakPtr)

弱指针类与共享指针类似，但不拥有其引用的对象，因此不影响其生命周期；此属性中断引用循环，因此十分有用，但也意味弱指针可在无预警的情况下随时变为空；因此，弱指针可生成指向其引用对象的共享指针，确保程序员能对该对象进行安全临时访问；

Unique Pointers

(TUniquePtr)

唯一指针仅会显式拥有其引用的对象；仅有一个唯一指针指向给定资源，因此唯一指针可转移所有权，但无法共享；复制唯一指针的任何尝试都将导致编译错误；唯一指针超出范围时，其将自动删除其所引用的对象；

注，对唯一指针引用的对象进行共享指针或共享引用的操作十分危险；即使其他智能指针继续引用该对象，此操作不会取消唯一指针自身被销毁时删除该对象的行为；同样，不应为共享指针或共享引用引用的对象创建唯一指针；

二，Benefits of Smart Pointers

防止内存泄漏	共享引用不存在时，智能指针（弱指针除外）会自动删除对象；
弱引用	弱指针会中断引用循环并阻止悬挂指针；
可选择的线程安全	能指针库包括线程安全代码，可跨线程管理引用计数；如无需线程安全，可用其换取更好性能；
运行时安全	共享引用从不为空，可随时取消引用;
传达意图	可轻松区分对象所有者和观察者；
内存	智能指针在64位下仅为C++指针大小的两倍（加上共享的16字节引用控制器）；唯一指针除外，其与C++指针大小相同；

三，Helper Classes and Functions

虚幻智能指针库提供多个助手类和函数，以便使用智能指针时更加容易、直观；

Classes
TSharedFromThis	从TSharedFromThis派生类，添加`AsShared` or `SharedThis`函数；此类函数可获取对象的 `TSharedRef`；

Functions
`MakeShared、MakeShareable`	在常规C++指针中创建共享指针； `MakeShared` 会在单个内存块中分配新的对象实例和引用控制器，但要求对象提交public构造函数； `MakeShareable` 的效率较低，但即使对象的构造函数为私有，其仍可运行；利用此操作可拥有非自己创建的对象，并在删除对象时支持自定义行为；
`StaticCastSharedRef`、`StaticCastSharedPtr`	静态投射效用函数，通常用于向下投射到派生类型；
`ConstCastSharedRef`、`ConstCastSharedPtr`	将 `const` 智能引用或智能指针分别转换为 `mutable` 智能引用或智能指针；

四，智能指针实现细节

在功能和效率方面，虚幻智能指针库中的智能指针具有一些共同特征；

Speed

要使用智能指针时，始终考虑性能；智能指针非常适合某些高级系统、资源管理或工具编程；但部分智能指针类型比原始C++指针更慢，这种开销使得其在低级引擎代码（如渲染）中用处不大；

智能指针的部分性能优势包括：

所有运算均为常量时间；
取消引用多数智能指针的速度和原始C++指针的相同（在发布版本中）；
复制智能指针不会分配内存；
线程安全智能指针是无锁的；

智能指针的性能缺陷包括：

创建和复制智能指针比创建和复制原始C++指针需要更多开销；
保持引用计数增加基本运算的周期；
部分智能指针占用的内存比原始的C++更多；
引用控制器有两个堆分配；使用 MakeShared 代替 MakeShareable 可避免二次分配，并可提高性能；

Intrusive Accessors

共享指针是non-intrusive，意味对象不知道其是否为智能指针拥有；此通常是可以接受的，但在某些情况下，可能要将对象作为共享引用或共享指针进行访问；为此，使用对象的类作为模板参数，从 TSharedFromThis 派生对象的类；TSharedFromThis 提供两个函数：AsShared 和 SharedThis，可将对象转换为共享引用（并从共享引用转换为共享指针）；使用固定返回共享引用的类factory时，或需将对象传到需要共享引用或共享指针的系统时，此操作十分有用；AsShared 会将类返回为最初作为模板参数传到 TSharedFromThis 的类型返回，其可能是调用对象的父类型，而 SharedThis 将直接从该类型衍生类型，并返回引用该类型对象的智能指针；

class FRegistryObject;
	class FMyBaseClass: public TSharedFromThis<FMyBaseClass>
	{
		virtual void RegisterAsBaseClass(FRegistryObject* RegistryObject)
		{
			// Access a shared reference to 'this'.
			// We are directly inherited from <TSharedFromThis> , so AsShared() and SharedThis(this) return the same type.
			TSharedRef<FMyBaseClass> ThisAsSharedRef = AsShared();
			// RegistryObject expects a TSharedRef<FMyBaseClass>, or a TSharedPtr<FMyBaseClass>. TSharedRef can implicitly be converted to a TSharedPtr.
			RegistryObject->Register(ThisAsSharedRef);
		}
	};
	class FMyDerivedClass : public FMyBaseClass
	{
		virtual void Register(FRegistryObject* RegistryObject) override
		{
			// We are not directly inherited from TSharedFromThis<>, so AsShared() and SharedThis(this) return different types.
			// AsShared() will return the type originally specified in TSharedFromThis<> - TSharedRef<FMyBaseClass> in this example.
			// SharedThis(this) will return a TSharedRef with the type of 'this' - TSharedRef<FMyDerivedClass> in this example.
			// The SharedThis() function is only available in the same scope as the 'this' pointer.
			TSharedRef<FMyDerivedClass> AsSharedRef = SharedThis(this);
			// RegistryObject will accept a TSharedRef<FMyDerivedClass> because FMyDerivedClass is a type of FMyBaseClass.
			RegistryObject->Register(ThisAsSharedRef);
		}
	};
	class FRegistryObject
	{
		// This function will accept a TSharedRef or TSharedPtr to FMyBaseClass or any of its children.
		void Register(TSharedRef<FMyBaseClass>);
	};

不要在构造函数中调用 AsShared 或 Shared，共享引用此时并未初始化，将导致崩溃或断言；

Casting

可通过虚幻智能指针库包含的多个支持函数cast共享指针(和共享引用)；Up-casting是隐式的，与C++指针相同；可使用 ConstCastSharedPtr 函数进行const cast，使用 StaticCastSharedPtr 进行static cast（通常是downcast到派生类指针）；无run-type类型的信息（RTTI），因此不支持动态转换；

// This assumes we validated that the FDragDropOperation is actually an FAssetDragDropOp through other means.
TSharedPtr<FDragDropOperation> Operation = DragDropEvent.GetOperation();
// We can now cast with StaticCastSharedPtr.
TSharedPtr<FAssetDragDropOp> DragDropOp = StaticCastSharedPtr<FAssetDragDropOp>(Operation);

Thread Safety

通常仅在单线程上访问智能指针的操作才是安全的。如需访问多线程，请使用智能指针类的线程安全版本：

TSharedPtr<T, ESPMode::ThreadSafe>
TSharedRef<T, ESPMode::ThreadSafe>
TWeakPtr<T, ESPMode::ThreadSafe>
TSharedFromThis<T, ESPMode::ThreadSafe>

由于原子引用计数，此类线程安全版本比默认版本稍慢，但其行为与常规C++指针一致：

读取和复制固定为线程安全；
写入和重置须同步后才安全；

注，如多线程永不访问指针，可通过避免使用线程安全版本获得更好性能；

五，提示和限制

避免将数据作为 TSharedRef 或 TSharedPtr 参数传到函数，此操作将因取消引用和引用计数而产生开销；相反，建议将引用对象作为 const & 进行传递；
可将共享指针向前声明为不完整类型；
共享指针与虚幻对象(UObject 及其派生类)不兼容；引擎具有 UObject 管理的单独内存管理系统，两个系统未互相重叠；