Petty C++ ポインタ

スマートポインタ#

スマートポインタは、C++ で動的に割り当てられたオブジェクトを管理するためのポインタです。スマートポインタは自動的なメモリ管理を提供し、メモリリークやダングリングポインタの問題を回避するのに役立ちます。C++ 標準ライブラリには、2 つの主要なスマートポインタが用意されています：std::unique_ptrとstd::shared_ptr。

std::unique_ptr：
std::unique_ptrは所有権を独占するスマートポインタです。指定されたリソースにアクセスできるポインタは 1 つだけです。std::unique_ptrがスコープ外になるか削除されると、管理しているオブジェクトは自動的に解放されます。コピーはできませんが、ムーブセマンティクスを使用して所有権を移動することができます。std::make_unique関数を使用すると、簡単にstd::unique_ptrオブジェクトを作成できます。

{
  std::unique_ptr<int> ptr = std::make_unique<int>(42);
  std::cout << *ptr << std::endl;
}

// ptrがスコープ外になると、管理しているオブジェクトが自動的に解放されます

std::shared_ptr：
std::shared_ptrは所有権を共有するスマートポインタです。複数のポインタで共有することができ、指定されたリソースへの参照をいくつのポインタが持っているかを追跡します。最後のstd::shared_ptrがスコープ外になるか削除されると、管理しているオブジェクトが解放されます。所有権を共有するためにコピーすることも、ムーブセマンティクスを使用して所有権を移動することもできます。std::make_shared関数を使用すると、簡単にstd::shared_ptrオブジェクトを作成できます。

{
  std::unique_ptr<int> ptr1 = std::make_unique<int>(42);
  std::unique_ptr<int> ptr2 = ptr1; // 所有権を共有する
}

// ptr1とptr2がスコープ外になると、管理しているオブジェクトが自動的に解放されます

スマートポインタの使用により、動的に割り当てられたオブジェクトを効果的に管理し、メモリリークやダングリングポインタの問題を回避することができます。ただし、スマートポインタはすべてのメモリ管理の問題を解決するわけではありません。たとえば、循環参照によってリソースが解放されない可能性があります。したがって、スマートポインタを使用する際には、オブジェクトのライフサイクルを慎重に設計および管理する必要があります。

共有ポインタについて、`std::make_shared<Chunk>(position)`を例に説明します#

std::make_shared<Chunk>(position)は、std::make_shared関数を使用してChunkオブジェクトを作成するための構文です。

具体的には、このコード行では、<Chunk>を使用してテンプレート引数を指定し、std::make_shared関数に作成するオブジェクトの型がChunkであることを伝えます。そして、括弧内のpositionは、Chunkのコンストラクタに渡される引数です。

std::make_sharedは、次のように定義されているテンプレート関数です：

template<typenameT, typename... Args>
shared_ptr<T> make_shared(Args&&... args);

可変数の引数Args&&... argsを受け取り、これらの引数をT型のコンストラクタに渡してオブジェクトを作成します。この例では、TはChunk型であり、Argsはpositionの型です。

std::make_shared関数は、T型のオブジェクトを作成して、それに対して渡された引数で初期化されたshared_ptr<T>型の共有ポインタを返します。

したがって、std::make_shared<Chunk>(position)の目的は、Chunk型のオブジェクトを作成し、共有ポインタを使用してそのオブジェクトのライフサイクルを管理することです。同時に、オブジェクトの作成時にpositionを引数として渡して初期化します。

実際には、std::make_sharedは主に新しいオブジェクトの構築に使用されます。それはヒープ上でメモリを動的に割り当て、渡された引数を使用してオブジェクトのコンストラクタを呼び出します。

既存のインスタンスがあり、それを共有ポインタでラップして管理したい場合は、std::shared_ptrのコンストラクタまたはstd::make_sharedのバリエーションを使用することができます。

`std::shared_ptr`のコンストラクタを使用して、既存のポインタを共有ポインタにラップすることができます。#

例えば：

Chunk* existingChunk = new Chunk(position);
std::shared_ptr<Chunk> sharedChunk(existingChunk);

この例では、existingChunkは既に存在するChunkオブジェクトへのポインタであり、それをstd::shared_ptrのコンストラクタに渡すことで、そのオブジェクトのライフサイクルを管理するための共有ポインタsharedChunkを作成できます。

この場合、existingChunkを引き続き使用するべきではありません。なぜなら、sharedChunkが破棄されると（またはそれを所有する最後の共有ポインタが破棄されると）、指すメモリが自動的に解放されるからです。その後にexistingChunkにアクセスしようとすると、解放されたメモリにアクセスしようとする未定義の動作が発生します。

（非推奨！）

もう 1 つの方法は、std::make_sharedのバリエーションであるstd::allocate_sharedを使用する方法です：

Chunk* existingChunk = new Chunk(position);
std::shared_ptr<Chunk> sharedChunk = std::allocate_shared<Chunk>(std::allocator<Chunk>(), *existingChunk);

この例では、std::allocate_shared<Chunk>(std::allocator<Chunk>(), *existingChunk)を使用して新しいChunkインスタンスを作成し、この新しいインスタンスはexistingChunkが指すオブジェクトをコピーして初期化します。ここでは、通常のポインタexistingChunkを共有ポインタに変換するのではなく、オブジェクトのコピーが行われます。std::allocate_sharedは、提供されたオブジェクト（つまり、*existingChunk）をコピー構築関数の引数として使用して新しいオブジェクトを作成し、返された共有ポインタによって管理されます。

オブジェクトのコピーを作成し、同時に元のポインタが指すオブジェクトを保持するためにstd::allocate_sharedを使用することは、通常は推奨されない行為です。

メモリ管理の複雑化：この方法では、元のポインタと共有ポインタの 2 つの独立したオブジェクトインスタンスが作成されます。それぞれのオブジェクトのライフサイクルを個別に管理する必要があり、メモリリークのリスクが増えます。
デザインの意図が不明確：スマートポインタ（例：std::shared_ptr）の導入は、メモリ管理を簡素化し、オブジェクトのライフサイクルを自動的に管理することによって、メモリリークやダングリングポインタのリスクを減らすためです。オブジェクトをコピーする代わりに元のポインタを引き継ぐことで、スマートポインタの主な利点を活用していません。
パフォーマンスのオーバーヘッド：オブジェクトのコピーには、オブジェクトが大きい場合やコピー操作のコストが高い場合など、かなりのパフォーマンスのオーバーヘッドが発生する可能性があります。オブジェクトのコピーが必要ない場合は、このオーバーヘッドを回避することができます。