Boost 库 Enable_shared_from_this 实现原理分析

使用情景：当类对象被 shared_ptr 管理时，需要在类自己定义的函数里把当前类对象作为参数传给其他函数时，这时需要传递一个 shared_ptr ，否则就不能保持 shared_ptr 管理这个类对象的语义（因为有一个 raw pointer 指向这个类对象，而 shared_ptr 对类对象的这个引用没有计数，很有可能 shared_ptr 已经把类对象资源释放了，而那个调用函数还在使用类对象——显然，这肯定会产生错误）。

很好奇这个模板类的实现。

先看看怎么使用：

对一个类 A ，当我们希望使用 shared_ptr 来管理其类对象时，而且需要在自己定义的函数里把类对象 shared_ptr （为什么不用普通指针，当我们使用智能指针管理资源时，必须统一使用智能指针，而不能在某些地方使用智能指针某些地方使用 raw pointer ，否则不能保持智能指针的语义，从而产生各种错误）传给其他函数时，可以让类 A 从 enable_shared_from_this 继承：

class A : public boost::enable_shared_from_this<A> {
};

然后在类 A 中需要传递类对象本身 shared_ptr 的地方使用 shared_from_this 函数来获得指向自身的 shared_ptr 。

一个非常有代表性的例子：

http://www.boost.org/doc/libs/1_39_0/doc/html/boost_asio/tutorial/tutdaytime3/src.html

另《Beyond the C++ Standard Library》 shared_ptr 节也有很简单明了的例子。

实现原理：

首先要考虑的是：在类对象本身当中不能存储类对象本身的 shared_ptr ，否则类对象 shared_ptr 永远也不会为0了，从而这些资源永远不会释放，除非程序结束。

其次：类对象肯定是外部函数通过某种机制分配的，而且一经分配立即交给 shared_ptr 管理（再次强调一遍：给 shared_ptr 管理的资源必须在分配时交给 shared_ptr ），而且以后凡是需要共享使用类对象的地方必须使用这个 shared_ptr 当作右值来构造产生或者拷贝产生另一个 shared_ptr 从而达到共享使用的目的。

有了以上两点的限制，要实现我们的目标（即在类对象内部使用类对象的 shared_ptr ）有以下两种方案：

1、类对象的外部 shared_ptr 作为函数参数传给类的需要引用类对象自身的函数——显然，这种方法很丑陋，而且并不是所有的情况都可行（如在外部 shared_ptr 不可见的作用域中就不行）；

2、类对象自身存储某种信息，在需要自身 shared_ptr 时来产生一个临时的 shared_ptr 。

显然，第2种方法更优雅（对于用户来说），关键是信息怎么存储？

对了， weak_ptr ！

实际上， boost 中就是这样实现的。

但现在的问题是：何时初始化这个 weak_ptr ？因为类对象生成时还没有生成相应的用来管理这个对象的 shared_ptr 。

boost 1.39.0 中是这样实现的：

首先生成类 A ：会依次调用 enable_shared_from_this 的构造函数（定义为 protected ），以及类 A 的构造函数。在调用 enable_shared_from_this 的构造函数时，会初始化定义在 enable_shared_from_this 中的 weak_ptr （调用其默认构造函数），这时这个 weak_ptr 是无效的（或者说不指向任何对象）。

接着：外部程序会把指向类 A 对象的指针作为初始化参数来初始化一个 shared_ptr 。

现在来看看 shared_ptr 是如何初始化的， shared_ptr 定义了如下构造函数：

template<class Y>
    explicit shared_ptr( Y * p ): px( p ), pn( p )
    {
        boost::detail::sp_enable_shared_from_this( this, p, p );
    }

里面调用了  boost::detail::sp_enable_shared_from_this ：

template< class X, class Y, class T >
inline void sp_enable_shared_from_this( boost::shared_ptr<X> const * ppx,
Y const * py, boost::enable_shared_from_this< T > const * pe )
{
    if( pe != 0 )
    {
        pe->_internal_accept_owner( ppx, const_cast< Y* >( py ) );
    }
}

里面又调用了 enable_shared_from_this 的 _internal_accept_owner ：

template<class X, class Y> void _internal_accept_owner( shared_ptr<X> const * ppx, Y * py ) const
    {
        if( weak_this_.expired() )
        {
            weak_this_ = shared_ptr<T>( *ppx, py );
        }
    }

而在这里对 enable_shared_from_this 的成员 weak_ptr 进行拷贝赋值，使得整个 weak_ptr 作为类对象  shared_ptr 的一个观察者。

这时，当类对象本身需要自身的 shared_ptr 时，就可以从这个 weak_ptr 来生成一个了。

//
// server.cpp
// ~~~~~~~~~~
//
// Copyright (c) 2003-2008 Christopher M. Kohlhoff (chris at kohlhoff dot com)
//
// Distributed under the Boost Software License, Version 1.0. (See accompanying
// file LICENSE_1_0.txt or copy at http://www.boost.org/LICENSE_1_0.txt)
//

#include <ctime>
#include <iostream>
#include <string>
#include <boost/bind.hpp>
#include <boost/shared_ptr.hpp>
#include <boost/enable_shared_from_this.hpp>
#include <boost/asio.hpp>

using boost::asio::ip::tcp;

std::string make_daytime_string()
{
  using namespace std; // For time_t, time and ctime;
  time_t now = time(0);
  return ctime(&now);
}

class tcp_connection
  : public boost::enable_shared_from_this<tcp_connection>
{
public:
  typedef boost::shared_ptr<tcp_connection> pointer;

  static pointer create(boost::asio::io_service& io_service)
  {
    return pointer(new tcp_connection(io_service));
  }

  tcp::socket& socket()
  {
    return socket_;
  }

  void start()
  {
    message_ = make_daytime_string();

    boost::asio::async_write(socket_, boost::asio::buffer(message_),
        boost::bind(&tcp_connection::handle_write, shared_from_this(),
          boost::asio::placeholders::error,
          boost::asio::placeholders::bytes_transferred));
  }

private:
  tcp_connection(boost::asio::io_service& io_service)
    : socket_(io_service)
  {
  }

  void handle_write(const boost::system::error_code& /*error*/,
      size_t /*bytes_transferred*/)
  {
  }

  tcp::socket socket_;
  std::string message_;
};

class tcp_server
{
public:
  tcp_server(boost::asio::io_service& io_service)
    : acceptor_(io_service, tcp::endpoint(tcp::v4(), 13))
  {
    start_accept();
  }

private:
  void start_accept()
  {
    tcp_connection::pointer new_connection =
      tcp_connection::create(acceptor_.io_service());

    acceptor_.async_accept(new_connection->socket(),
        boost::bind(&tcp_server::handle_accept, this, new_connection,
          boost::asio::placeholders::error));
  }

  void handle_accept(tcp_connection::pointer new_connection,
      const boost::system::error_code& error)
  {
    if (!error)
    {
      new_connection->start();
      start_accept();
    }
  }

  tcp::acceptor acceptor_;
};

int main()
{
  try
  {
    boost::asio::io_service io_service;
    tcp_server server(io_service);
    io_service.run();
  }
  catch (std::exception& e)
  {
    std::cerr << e.what() << std::endl;
  }

  return 0;
}