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が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
}

// 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。そのため、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注意深く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、このコードでは <Chunk> という角括弧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た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、作成された T 型のオブジェクトを指す 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。それはヒープ上に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、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することになり、未定義の動作が発生します。

（非推奨！）

もう一つの方法は、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 を使用することは一般的には推奨されません。これにより、次のような問題が発生します：

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加します。
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で、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。オブジェクトのコピーではなく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、特に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には、かなりのパフォーマンス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。