智能指針的標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)：Boost vs. Loki
撰文/馬維達(dá)
2001 年10 月和2002 年4 月，在美國(guó)的華盛頓和荷蘭的安的列斯群島上分別召開(kāi)了兩次C++標(biāo)準(zhǔn)會(huì)議。會(huì)議的內(nèi)容之一是對(duì)一項(xiàng)新的C++特性提議——智能指針（Smart Pointer）——進(jìn)行討論。本文將對(duì)可能成為C++新標(biāo)準(zhǔn)的兩種智能指針?lè)桨福˙oost vs. Loki）進(jìn)行介紹和分析，并給出了相應(yīng)的使用實(shí)例。
關(guān)鍵詞：智能指針 C++ Boost Loki
在現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)C++中，只有一種智能指針：std::auto_ptr。其原因并非是因?yàn)閍uto_ptr 已足以應(yīng)付所有相關(guān)的工作——實(shí)際上，auto_ptr 有一個(gè)重大的缺陷，就是它不能被用在STL 容器中——而是因?yàn)楝F(xiàn)在的C++標(biāo)準(zhǔn)在制定時(shí)并未能對(duì)智能指針進(jìn)行全面的考察。按照C++標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)成員Herb Sutter 的說(shuō)法，只有一種標(biāo)準(zhǔn)的智能指針是一件"可羞"的事情：首先，智能指針?biāo)茏龅脑S多有用的事情，是可憐的auto_ptr 不能完成的；其次，在有些情況下使用auto_ptr 可能會(huì)造成問(wèn)題，上面所說(shuō)的不能在容器中使用就是一例。實(shí)際上，許多程序員已經(jīng)開(kāi)發(fā)了各種有用的智能指針，有些甚至在auto_ptr 被定為標(biāo)準(zhǔn)之前就已存在，但問(wèn)題是，它們不是標(biāo)準(zhǔn)的。在這樣的情況下，C++標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)考慮引入新的智能指針，也就是自然而然的事情了。目前進(jìn)入委員會(huì)視野的，主要有兩種智能指針?lè)桨福築oost 智能指針和Loki 智能指針。前者是由C++標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)庫(kù)工作組發(fā)起的Boost 組織開(kāi)發(fā)的，而后者由世界級(jí)的C++專(zhuān)家Andrei Alexandrescu 開(kāi)發(fā)，并在他所著的"Modern C++ Design"一書(shū)中進(jìn)行了詳細(xì)的闡釋。下面，讓我們分別來(lái)看一看這兩種方案各自的技術(shù)特點(diǎn)。
一、 Boost 智能指針
Boost 的智能指針?lè)桨笇?shí)現(xiàn)了五種智能指針模板類(lèi)，每種智能指針都用于不同的目的。這五種智能指針是：
template<typename T> class scoped_ptr;
template<typename T> class scoped_array;
template<typename T> class shared_ptr;
template<typename T> class shared_array;
template<typename T> class weak_ptr;
下面將分別介紹它們各自的特性，并給出相應(yīng)的使用實(shí)例：
scoped_ptr：意在用作指向自動(dòng)（棧）對(duì)象的、不可復(fù)制的智能指針。該模板類(lèi)存儲(chǔ)的是指向動(dòng)態(tài)分配的對(duì)象（通過(guò)new 分配）的指針。被指向的對(duì)象保證會(huì)被刪除，或是在scoped_ptr 析構(gòu)時(shí)，或是通過(guò)顯式地調(diào)用reset 方法。注意該模板沒(méi)有"共享所有權(quán)"或是"所有權(quán)轉(zhuǎn)讓"語(yǔ)義。同時(shí)，它也是不可復(fù)制的（noncopyable）。正因?yàn)槿绱耍谟糜诓粦?yīng)被復(fù)制的指針時(shí)，它比shared_ptr 或std:auto_ptr 要更安全。與auto_ptr一樣，scoped_ptr 也不能用于STL 容器中；要滿足這樣的需求，應(yīng)該使用shared_ptr。另外，它也不能用于存儲(chǔ)指向動(dòng)態(tài)分配的數(shù)組的指針，這樣的情況應(yīng)使用scoped_array。
下面是使用scoped_ptr 的一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)例：
class CTest
{
public:
??? CTest() : m_id(0) {}
??? CTest(int id) : m_id(id) {}
??? ~CTest() { std::cout << "id: " << m_id << " - Destructor is being called\n"; }
??? void SetId(int id) { m_id = id; }
??? int GetId() { return m_id; }
??? void DoSomething()
??? { std::cout << "id: " << m_id << " - Doing something\n"; }
private:
??? int m_id;
};
void main()
{
??? boost::scoped_ptr<CTest> pTest(new CTest);
??? pTest->DoSomething();
}
其運(yùn)行結(jié)果為：
id: 0 - Doing something
id: 0 - Destructor is being called
（以下的幾個(gè)例子所用的CTest 類(lèi)的定義完全相同，為節(jié)省篇幅，不再列出——作者）
顯然，盡管我們自己沒(méi)有調(diào)用delete，pTest 仍然為我們正確地刪除了它所指向的對(duì)象。看起來(lái)scoped_ptr的用途和auto_ptr 十分類(lèi)似，但實(shí)際上，scoped_ptr 類(lèi)型的指針的所有權(quán)不可轉(zhuǎn)讓?zhuān)@一點(diǎn)是和auto_ptr相當(dāng)不同的。
scoped_array：該模板類(lèi)與scoped_ptr 類(lèi)似，但意在用于數(shù)組而不是單個(gè)對(duì)象。std::vector 可用于替換scoped_array，并且遠(yuǎn)為靈活，但其效率要低一點(diǎn)。在不使用動(dòng)態(tài)分配時(shí)，boost::array 也可用于替換scoped_array。
下面是一個(gè)使用scoped_array 的實(shí)例：
void main()
{
??? boost::scoped_array<CTest> pTest(new CTest[2]);
??? pTest[0].SetId(0);
??? pTest[1].SetId(1);
??? pTest[0].DoSomething();
??? pTest[1].DoSomething();
??? std::cout << '\n';
}
其運(yùn)行結(jié)果為：
id: 0 - Doing something
id: 1 - Doing something
id: 1 - Destructor is being called
id: 0 - Destructor is being called
scoped_array 將負(fù)責(zé)使用delete []，而不是delete 來(lái)刪除它所指向的對(duì)象。
shared_ptr：意在用于對(duì)被指向?qū)ο蟮乃袡?quán)進(jìn)行共享。與scoped_ptr 一樣，被指向?qū)ο笠脖ＷC會(huì)被刪除，但不同的是，這將發(fā)生在最后一個(gè)指向它的shared_ptr 被銷(xiāo)毀時(shí)，或是調(diào)用reset 方法時(shí)。shared_ptr符合C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的"可復(fù)制構(gòu)造"（CopyConstructible）和"可賦值"（Assignable）要求，所以可被用于標(biāo)
準(zhǔn)的庫(kù)容器中。另外它還提供了比較操作符，所以可與標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的關(guān)聯(lián)容器一起工作。shared_ptr 不能用于存儲(chǔ)指向動(dòng)態(tài)分配的數(shù)組的指針，這樣的情況應(yīng)該使用shared_array。該模板的實(shí)現(xiàn)采用了引用計(jì)數(shù)技術(shù)，所以無(wú)法正確處理循環(huán)引用的情況。可以使用weak_ptr 來(lái)"打破循環(huán)"。shared_ptr 還可在多線程環(huán)境中使用。
下面的例子演示怎樣將shared_ptr 用于std::vector 中：
typedef boost::shared_ptr<CTest> TestPtr;
void PT(const TestPtr &t)
{
??? std::cout << "id: " << t->GetId() << "\t\t" << "use count: " << t.use_count() << '\n';
}
void main()
{
??? std::vector<TestPtr> TestVector;
??? TestPtr pTest0(new CTest(0));
??? TestVector.push_back(pTest0);
??? TestPtr pTest1(new CTest(1));
??? TestVector.push_back(pTest1);
??? TestPtr pTest2(new CTest(2));
??? TestVector.push_back(pTest2);
??? std::for_each(TestVector.begin(), TestVector.end(), PT);
??? std::cout << '\n';
??? pTest0.reset();
??? pTest1.reset();
??? pTest2.reset();
??? std::for_each(TestVector.begin(), TestVector.end(), PT);
??? std::cout << '\n';
??? TestVector.clear();
??? std::cout << '\n';
??? std::cout << "exiting...\n";
}
其運(yùn)行結(jié)果為：
id: 0 use count: 2
id: 1 use count: 2
id: 2 use count: 2
id: 0 use count: 1
id: 1 use count: 1
id: 2 use count: 1
id: 0 - Destructor is being called
id: 1 - Destructor is being called
id: 2 - Destructor is being called
exiting...
運(yùn)行結(jié)果中的"use count"是通過(guò)shared_ptr 的use_count()方法獲得的"使用計(jì)數(shù)"，也就是，對(duì)所存儲(chǔ)指針進(jìn)行共享的shared_ptr 對(duì)象的數(shù)目。我們可以看到，在通過(guò)new 分配了3 個(gè)CTest 對(duì)象，并將相應(yīng)的shared_ptr 對(duì)象放入TestVector 后，三個(gè)使用計(jì)數(shù)都為2；而在我們使用reset()方法復(fù)位pTest0、pTest1 和pTest2 后，TestVector 中的各個(gè)shared_ptr 對(duì)象的使用計(jì)數(shù)變成了1。這時(shí)，我們調(diào)用TestVector的clear()方法清除它所包含的shared_ptr 對(duì)象；因?yàn)橐呀?jīng)沒(méi)有shared_ptr 對(duì)象再指向我們先前分配的3個(gè)CTest 對(duì)象，這3 個(gè)對(duì)象也隨之被刪除，并導(dǎo)致相應(yīng)的析構(gòu)器被調(diào)用。
shared_array：該模板類(lèi)與shared_ptr 類(lèi)似，但意在用于數(shù)組而不是單個(gè)對(duì)象。指向std::vector 的shared_ptr 可用于替換scoped_array，并且遠(yuǎn)為靈活，但其效率也要低一點(diǎn)。
下面是使用實(shí)例：
void main()
{
??? boost::shared_array<CTest> pTest1(new CTest[2]);
??? pTest1[0].SetId(0);
??? pTest1[1].SetId(1);
??? std::cout << "use count: " << pTest1.use_count() << "\n\n";
??? boost::shared_array<CTest> pTest2(pTest1);
??? std::cout << "use count: " << pTest1.use_count() << "\n\n";
??? pTest1.reset();
??? pTest2[0].DoSomething();
??? pTest2[1].DoSomething();
??? std::cout << '\n';
??? std::cout << "use count: " << pTest1.use_count() << "\n\n";
}
其運(yùn)行結(jié)果為：
use count: 1
use count: 2
id: 0 - Doing something
id: 1 - Doing something
use count: 1
id: 1 - Destructor is being called
id: 0 - Destructor is being called
如此例所示，我們通過(guò)new 所分配的數(shù)組只有在指向它的pTest1 和pTest2 都被銷(xiāo)毀或復(fù)位后才被刪除。
weak_ptr：該模板類(lèi)存儲(chǔ)"已由shared_ptr 管理的對(duì)象"的"弱引用"。要訪問(wèn)weak_ptr 所指向的對(duì)象，可以使用shared_ptr 構(gòu)造器或make_shared 函數(shù)來(lái)將weak_ptr 轉(zhuǎn)換為shared_ptr。指向被管理對(duì)象的最后一個(gè)shared_ptr 被銷(xiāo)毀時(shí)將刪除該對(duì)象，即使仍有weak_ptr 指向它也是如此。與原始指針不同的是，屆時(shí)最后一個(gè)shared_ptr 會(huì)檢查是否有weak_ptr 指向該對(duì)象，如果有的話就將這些weak_ptr 置為空。這樣就不會(huì)發(fā)生使用原始指針時(shí)可能出現(xiàn)的"懸吊指針"（dangling pointer）情況，從而獲得更高的安全水平。
weak_ptr 符合C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的"可復(fù)制構(gòu)造"（CopyConstructible）和"可賦值"（Assignable）要求，所以可被用于標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)容器中。另外它還提供了比較操作符，所以可與標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的關(guān)聯(lián)容器一起工作。
void main()
{
??? boost::shared_ptr<CTest> pTest(new CTest);
??? boost::weak_ptr<CTest> pTest2(pTest);
??? if(boost::shared_ptr<CTest> pTest3 = boost::make_shared(pTest2))
??????? pTest3->DoSomething();
??? pTest.reset();
??? assert(pTest2.get() == NULL);
}
其運(yùn)行結(jié)果為：
id: 0 - Doing something
id: 0 - Destructor is being called
main 函數(shù)最后的斷言確認(rèn)了pTest2 所存儲(chǔ)的指針的確已被置為NULL。
顯然，Boost 的智能指針?lè)桨笗?huì)讓我們產(chǎn)生這樣的疑問(wèn)：如果我們還需要其他類(lèi)型的智能指針（比如支持COM 的智能指針），是否意味著我們必須在C++中再增加智能指針類(lèi)型，或是采用非標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)呢？在泛型技術(shù)已得到極大發(fā)展的今天，Boost 的"增加增加再增加"的思路是不能讓人滿意的。正是在這里，我們看到了下面將要介紹的Loki Smart Pointer 的關(guān)鍵點(diǎn)：通過(guò)基于策略（policy-based）的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)通用的智能指針模板。
二、 Loki 智能指針
按照美國(guó)傳統(tǒng)辭典（雙解）的解釋?zhuān)琇oki 是"A Norse god who created discord, especially among his fellow gods."（斯堪的納維亞的一個(gè)制造混亂的神，尤其是在其同類(lèi)之間）。就其給Boost 智能指針帶來(lái)的麻煩而言，Loki 智能指針倒真的當(dāng)?shù)闷疬@個(gè)名字；而在另一方面，就其實(shí)現(xiàn)的優(yōu)雅以及功能的強(qiáng)大（也就是說(shuō)，它給開(kāi)發(fā)者帶來(lái)的好處）而言，它也的確屬于"神族"。
上面已經(jīng)說(shuō)過(guò)，Loki 的智能指針?lè)桨覆捎昧嘶诓呗缘脑O(shè)計(jì)。其要點(diǎn)在于把將各功能域分解為獨(dú)立的、由主模板類(lèi)進(jìn)行混合和搭配的策略。讓我們先來(lái)看一看Loki 智能指針模板類(lèi)SmartPtr 的定義：
template
<
??? typename T,
??? template <class>class OwnershipPolicy =RefCounted,
??? class ConversionPolicy =DisallowConversion,
??? template <class>class CheckingPolicy =AssertCheck,
??? template <class>class StoragePolicy =DefaultSPStorage
>
class SmartPtr;
我們可以看到，除了SmartPtr 所指向的對(duì)象類(lèi)型T 以外，在模板類(lèi)SmartPtr 中包括了這樣一些策略：OwnershipPolicy（所有權(quán)策略）、ConversionPolicy（類(lèi)型轉(zhuǎn)換策略）、CheckingPolicy（檢查策略）、StoragePolicy（存儲(chǔ)策略）。正是通過(guò)這樣的分解，使得SmartPtr 具備了極大的靈活性。我們可以任意組合各種不同的策略，從而獲得不同的智能指針實(shí)現(xiàn)。下面先對(duì)各個(gè)策略逐一進(jìn)行介紹：
OwnershipPolicy：指定所有權(quán)管理策略，可以從以下預(yù)定義的策略中選擇：DeepCopy（深度復(fù)制）、RefCounted（引用計(jì)數(shù)）、RefCountedMT（多線程化引用計(jì)數(shù)）、COMRefCounted（COM 引用計(jì)數(shù)）、RefLinked（引用鏈接）、DestructiveCopy（銷(xiāo)毀式復(fù)制），以及NoCopy（無(wú)復(fù)制）。
ConversionPolicy：指定是否允許進(jìn)行向被指向類(lèi)型的隱式轉(zhuǎn)換。可以使用的實(shí)現(xiàn)有AllowConversion 和DisallowConversion。
CheckingPolicy：定義錯(cuò)誤檢查策略。可以使用AssertCheck、AssertCheckStrict、RejectNullStatic、RejectNull、RejectNullStrict，以及NoCheck。
StoragePolicy：定義怎樣存儲(chǔ)和訪問(wèn)被指向?qū)ο蟆oki 已定義的策略有：DefaultSPStorage、ArrayStorage、LockedStorage，以及HeapStorage。
除了Loki 已經(jīng)定義的策略，你還可以自行定義策略。實(shí)際上，Loki 的智能指針模板覆蓋了四種基本的Boost 智能指針類(lèi)型：scoped_ptr、scoped_array、shared_ptr 和shared_array；至于weak_ptr，也可以通過(guò)定義相應(yīng)的策略來(lái)實(shí)現(xiàn)其等價(jià)物。通過(guò)即將成為C++標(biāo)準(zhǔn)（C++0x）的typedef 模板特性，我們還可以利用Loki 的SmartPtr 模板來(lái)直接定義前面提到的Boost 的前四種智能指針類(lèi)型。舉例來(lái)說(shuō)，我們可以這樣定義：
shared_ptr：
template<typename T> // typedef 模板還不是標(biāo)準(zhǔn)的
typedef Loki::SmartPtr
<
??? T,
??? RefCounted, // 以下都是缺省的模板參數(shù)
??? DisallowConversion,
??? AssertCheck,
??? DefaultSPStorage
>
shared_ptr;
下面是一個(gè)使用Loki "shared_ptr"的實(shí)例：
typedef Loki::SmartPtr<CTest> TestPtr;
void PT(const TestPtr &t)
{
??? std::cout << "id: " << t->GetId() << '\n';
}
void main()
{
??? std::vector<TestPtr> TestVector;
??? TestPtr pTest0(new CTest(0));
??? TestVector.push_back(pTest0);
??? TestPtr pTest1(new CTest(1));
??? TestVector.push_back(pTest1);
??? std::for_each(TestVector.begin(), TestVector.end(), PT);
??? std::cout << '\n';
??? Loki::Reset(pTest0, NULL);
??? Loki::Reset(pTest1, NULL);
??? std::for_each(TestVector.begin(), TestVector.end(), PT);
??? std::cout << '\n';
??? TestVector.clear();
??? std::cout << '\n';
??? std::cout << "exiting...\n";
}
其運(yùn)行結(jié)果為：
id: 0
id: 1
id: 0
id: 1
id: 0 - Destructor is being called
id: 1 - Destructor is being called
exiting...
前面已經(jīng)提到，要通過(guò)Loki 定義與Boost 的shared_ptr 功能等價(jià)的智能指針，除了第一個(gè)模板參數(shù)以外，其他的參數(shù)都可以使用缺省值，所以在上面的例子中，我們直接使用"typedef Loki::SmartPtr<CTest> TestPtr;"就可以了。非常的簡(jiǎn)單！
為了進(jìn)一步說(shuō)明Loki 的"基于策略的設(shè)計(jì)方法"，讓我們?cè)賮?lái)看一個(gè)更為復(fù)雜的例子：通過(guò)Loki::SmartPtr 實(shí)現(xiàn)線程專(zhuān)有存儲(chǔ)（Thread-Specific Storage，TSS；又稱(chēng)線程局部存儲(chǔ)，Thread Local Storage，TLS）。
所謂線程專(zhuān)有存儲(chǔ)，是指這樣一種機(jī)制，通過(guò)它，多線程程序可以使用一個(gè)邏輯上的全局訪問(wèn)點(diǎn)來(lái)訪問(wèn)線程專(zhuān)有的數(shù)據(jù)，并且不會(huì)給每次訪問(wèn)增加額外的鎖定開(kāi)銷(xiāo)。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，在C 語(yǔ)言中，我們可以通過(guò)errno變量來(lái)獲取錯(cuò)誤代碼；通常errno 就是一個(gè)普通的全局變量——在單線程環(huán)境中，這當(dāng)然沒(méi)有什么問(wèn)題，但如果
是多線程環(huán)境，這個(gè)全局的errno 變量就會(huì)給我們帶來(lái)麻煩了。TSS 正是解決這一問(wèn)題的有效方案。
顯然，智能指針的語(yǔ)義能夠很好地適用于TSS。我們可以編寫(xiě)一種智能指針，使得所有對(duì)其所指向?qū)ο蟮脑L問(wèn)都成為線程專(zhuān)有的——也就是說(shuō)，每個(gè)線程訪問(wèn)的實(shí)際上是自己專(zhuān)有的對(duì)象，但從程序的外表來(lái)看，卻都是對(duì)同一對(duì)象的訪問(wèn)。有了Loki::SmartPtr，我們可以非常容易地實(shí)現(xiàn)這樣的智能指針：如其名字所指示的，TSS 涉及的是存儲(chǔ)問(wèn)題，我們只要對(duì)Loki::SmartPtr 的StoragePolicy 進(jìn)行定制就可以了，其他的工作可以交給Loki::SmartPtr 去完成。
在POSIX PThreads 庫(kù)和Win32 中都提供了用于線程專(zhuān)有存儲(chǔ)的函數(shù)，它們分別是pthread_key_create、pthread_setspecific、pthread_getspecific 和pthread_key_delete（POSIX PThreads 庫(kù)），以及TlsAlloc、TlsSetvalue、TlsGetvalue 和TlsFree（Win32）。關(guān)于這些函數(shù)的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱相關(guān)的文檔。
下面給出在MSVC 6.0 下實(shí)現(xiàn)的用于TSS 的StoragePolicy，并通過(guò)注釋逐行進(jìn)行分析（這個(gè)實(shí)現(xiàn)使用了PThreads-Win32 庫(kù)，這是一個(gè)Win32 上的PThreads 實(shí)現(xiàn)。使用Win32 的線程專(zhuān)有函數(shù)也可以實(shí)現(xiàn)類(lèi)似的StoragePolicy，但編寫(xiě)在線程退出時(shí)調(diào)用的CleanupHook()卻需要一點(diǎn)"竅門(mén)"。具體方法可參考Boost 的thread_specific_ptr 實(shí)現(xiàn)）：
namespace Loki
{
??? // 實(shí)現(xiàn)TSS 的Loki 存儲(chǔ)策略。改編自Douglas C. Schmidt、Timothy H. Harrison
??? // 和Nat Pryce 的論文"Thread-Specific Storage for C/C++"中的部分代碼。
??? // 使用了"Loki VC 6.0 Port"。
template <class T> class TS_SPStorage
{
public:
??? typedef T* StoredType; // 被指向?qū)ο蟮念?lèi)型。
??? typedef T* PointerType; // operator->所返回的類(lèi)型。
??? typedef T& ReferenceType; // operator*所返回的類(lèi)型。
public:
??? // 構(gòu)造器。對(duì)成員變量進(jìn)行初始化。
??? TS_SPStorage() : once_(0), key_(0), keylock_(NULL)
??????? { pthread_mutex_init(&keylock_, NULL); }
??? // 析構(gòu)器。釋放先前獲取的資源。
??? ~TS_SPStorage()
??? {
??????? pthread_mutex_destroy(&keylock_);
??????? pthread_key_delete(key_);
??? }
??? // 返回線程專(zhuān)有的被指向?qū)ο蟆?br />??? PointerType operator->() const { return GetPointee(); }
??? // 返回線程專(zhuān)有的被指向?qū)ο蟮囊谩?br />??? ReferenceType operator*() { return *GetPointee(); }
??? // Accessors。獲取線程專(zhuān)有的被指向?qū)ο蟆?br />??? friend inline PointerType GetImpl(TS_SPStorage& sp)
??? { return sp.GetPointee(); }
??? // 獲取線程專(zhuān)有的被指向?qū)ο蟮囊谩?br />??? // 該函數(shù)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。但NoCheck 需要它才能正常工作。
??? friend inline const StoredType& GetImplRef(const TS_SPStorage& sp)
??? { return 0; }
protected:
??? // 銷(xiāo)毀所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。空函數(shù)。該工作將由CleanupHook()在各個(gè)線程退出時(shí)完成。
??? void Destroy() {}
??? // 獲取當(dāng)前線程專(zhuān)有的數(shù)據(jù)。
??? PointerType GetPointee()
??? {
??????? PointerType tss_data = NULL;
??????? // 使用雙重檢查鎖定模式來(lái)在除了初始化以外的情況下避免鎖定。
??????? // 之所以在這里，而不是在構(gòu)造器中對(duì)"專(zhuān)有鑰"進(jìn)行初始化及分配TS 對(duì)象，
??????? // 是因?yàn)椋?1) 最初創(chuàng)建TS 對(duì)象的線程（例如，主線程）常常并不是使用
??????? // 它的線程（工作線程），所以在構(gòu)造器中分配一個(gè)TS 對(duì)象的實(shí)例常常并無(wú)
??????? // 好處，因?yàn)檫@個(gè)實(shí)例只能在主線程中訪問(wèn)。(2)在有些平臺(tái)上，"專(zhuān)有
??????? // 鑰"是有限的資源，所以等到對(duì)TS 對(duì)象進(jìn)行第一次訪問(wèn)時(shí)再進(jìn)行分配，有
??????? // 助于節(jié)省資源。
??????? // 第一次檢查。
??????? if(once_ == 0)
??????? {
??????????? // 加鎖。確保訪問(wèn)的序列化。
??????????? pthread_mutex_lock(&keylock_);
??????????? // 雙重檢查。
??????????? if(once_ == 0)
??????????? {
??????????????? // 創(chuàng)建"專(zhuān)有鑰"。
??????????????? pthread_key_create(&key_, &CleanupHook);
??????????????? // 必須在創(chuàng)建過(guò)程的最后出現(xiàn)，這樣才能防止其他線程在"專(zhuān)有鑰"
??????????????? // 被創(chuàng)建之前使用它。
??????????????? once_ = 1;
??????????? }
??????????? // 解鎖。
??????????? pthread_mutex_unlock(&keylock_);
??????? }
??????? // 從系統(tǒng)的線程專(zhuān)有存儲(chǔ)中獲取數(shù)據(jù)。注意這里不需要加鎖。
??????? tss_data = (PointerType)pthread_getspecific(key_);
??????? // 檢查是否這是當(dāng)前線程第一次進(jìn)行訪問(wèn)。
??????? if (tss_data == NULL)
??????? {
??????????? // 從堆中為T(mén)S 對(duì)象分配內(nèi)存。
??????????? tss_data = new T;
??????????? // 將其指針存儲(chǔ)在系統(tǒng)的線程專(zhuān)有存儲(chǔ)中。
??????????? pthread_setspecific(key_, (void *)tss_data);
??????? }
??????? return tss_data;
??? }
private:
??? // 用于線程專(zhuān)有數(shù)據(jù)的"專(zhuān)有鑰"。
??? pthread_key_t key_;
??? // "第一次進(jìn)入"標(biāo)志。
??? int once_;
??? // 用于避免在初始化過(guò)程中產(chǎn)生競(jìng)態(tài)情況。
??? pthread_mutex_t keylock_;
??? // 清掃掛鉤函數(shù)，釋放為T(mén)S 對(duì)象分配的內(nèi)存。在每個(gè)線程退出時(shí)被調(diào)用。
??? static void CleanupHook (void *ptr)
??? {
??????? // 這里必須進(jìn)行類(lèi)型轉(zhuǎn)換，相應(yīng)的析構(gòu)器才會(huì)被調(diào)用（如果有的話）
??????? delete (PointerType)ptr;
??? }
};
// 用于模擬typedef template 的結(jié)構(gòu)。
// 參見(jiàn)Herb Sutter 的"Template Typedef"一文。
struct TS_SPStorageWrapper
{
??? template <class T>
??? struct In
??? {
??????? typedef TS_SPStorage<T> type;
??? };
};
};
下面讓我們來(lái)看一個(gè)使用實(shí)例。首先讓我們先定義：
Loki::SmartPtr
<
??? int,
??? Loki::NoCopyWrapper,
??? Loki::DisallowConversion,
??? Loki::NoCheckWrapper,
??? Loki::TS_SPStorageWrapper
> value;
其含義為：定義一種智能指針，被它指向的類(lèi)型是int，OwnershipPolicy 是NoCopy，ConversionPolicy是DisallowConversion，CheckingPolicy 是NoCheck（因?yàn)門(mén)S 對(duì)象存儲(chǔ)方式的限制，這是惟一能和TS_SPStorage 一起使用的CheckingPolicy。讀者可自行嘗試找到更好的解決方案），StoragePolicy 是TS_SPStorage。
然后，編寫(xiě)這樣一個(gè)程序：
pthread_mutex_t io_mutex = NULL; // iostreams 不一定是線程安全的!
void *thread_proc(void *param)
{
??? int id = (int)param;
??? *value = 0;
??? for (int i = 0; i < 3; i++)
??? {
??????? (*value)++;
??????? pthread_mutex_lock(&io_mutex);
??????? std::cout << "thread " << id << ": " << *value << '\n';
??????? pthread_mutex_unlock(&io_mutex);
??? }
??? return NULL;
}
void main(int argc, char* argv[])
{
??? pthread_mutex_init(&io_mutex, NULL);
??? pthread_t id[3];
??? for(int i = 0; i < 3; i++)
??????? pthread_create(&id[i], 0, thread_proc, (void *)i);
??? for(int i = 0; i < 3; i++)
??????? pthread_join(id[i], NULL);
??? pthread_mutex_destroy(&io_mutex);
}
其運(yùn)行結(jié)果為：
thread 0: 1
thread 0: 2
thread 1: 1
thread 2: 1
thread 1: 2
thread 2: 2
thread 1: 3
thread 2: 3
thread 0: 3
由此我們可以看出，盡管看起來(lái)在各個(gè)線程中訪問(wèn)的都是同樣的*value，但實(shí)際上訪問(wèn)的卻是各自的線程專(zhuān)有的對(duì)象。而且除了初始化以外，對(duì)這些對(duì)象的訪問(wèn)無(wú)需進(jìn)行序列化。因?yàn)長(zhǎng)oki::SmartPtr 為我們做了大量的工作，TS_SPStorage 的實(shí)現(xiàn)十分簡(jiǎn)潔明了。有興趣的讀者，可以對(duì)這里的實(shí)現(xiàn)與Boost 的thread_specific_ptr 進(jìn)行比較。像這樣對(duì)Loki::SmartPtr 的策略進(jìn)行的定制，在理論上數(shù)目是無(wú)限的，也就是說(shuō)，通過(guò)它我們可以擁有五花八門(mén)、"千奇百怪"的智能指針——了不起的Loki，不是嗎？有了這樣的模板類(lèi)，我們就再不需要一次一次地為標(biāo)準(zhǔn)C++增加新的智能指針類(lèi)型了。
三、 結(jié)束語(yǔ)
在推進(jìn)器Boost 和斯堪的納維亞之神Loki 的戰(zhàn)爭(zhēng)中，誰(shuí)將勝出恐怕已不言而喻。倘若扮演上帝的C++標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)起了偏心，硬要選中Boost 的智能指針?lè)桨傅脑挘敲丛诮酉聛?lái)的日子里，他們就將不再是C++標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)，而是C++智能指針救火委員會(huì)了。而即便那樣，Loki，斯堪的納維亞之神，也仍將矗立在C++大陸上，為他的"子民"——C++程序員們——帶來(lái)統(tǒng)一、秩序和和諧。
相關(guān)資源
1. Herb Sutter，The New C++: Smart(er) Pointers，見(jiàn)C++ User Journal 網(wǎng)站：http://www.cuj.com/experts/2008/sutter.htm
2. Boost 文檔：http://www.boost.org
3. Andrei Alexandrescu，Modern C++ Design 及Loki，見(jiàn)http://www.moderncppdesign.com或http://www.awprofessional.com/catalog/product.asp?product_id=%7B4ED3E6F3-371F-4ADC-9810-CC7B936164E3%7D。
4. Douglas C. Schmidt、Timothy H. Harrison 和Nat Pryce，Thread-Specific Storage for C/C++，見(jiàn)http://www.cs.wustl.edu/~schmidt/或http://www.flyingdonkey.com/ace/（中文）。
5. Herb Sutter，Template Typedef，見(jiàn)http://www.gotw.ca/gotw/079.htm。
6. PThreads-Win32 庫(kù)，見(jiàn)http://sources.redhat.com/pthreads-win32/。