RAII - boost::shared_ptr

RAII and Memory Management(1) - boost::shared_ptr

RAII란 Resource Acquisition Is Initialization, '자원 할당은 초기화'의 줄임말이다. 이는 별도의 포스팅으로 다룰 예정이므로 깊게는 얘기하지 않고 짧게 얘기해주자면, 한 번의 선언만으로 번거로운 절차를 거치지 않고 자원 할당 및 반환을 자동으로 할 수 있게 해주는 기법이라고 보면 된다. 이 중 가장 널리 사용되는 boost의 API인 shared_ptr에 대해서 설명하고자 한다. 이는 C++11 표준에 추가되었다.

SHARED?

공유 포인터라는 말만 들으면 이게 무슨 소린가 싶다. 포인터는 주소값을 갖고 있고, 그러면 당연히 여러 곳에서 공유할 수 있지 않나? 싶지만 shared_ptr은 단순히 포인터에 대한 '공유'를 위해 탄생한 것이 아니다.

그럼 공유는 무슨 의미지?

shared_ptr은 스마트 포인터 중 하나이다. 스마트 포인터는 포인터 변수에 할당되는 자원의 효율적인 반환을 위해 등장한 개념이며 초기 unique_ptr에서 시작해 auto_ptr을 지나 발전을 거듭하여 shared_ptr에 다다랐다. (이후 weak_ptr도 나타나는데 이것 또한 별도의 포스팅으로 다룰 예정)

shared_ptr에서 말하는 '공유'는 '포인터 객체를 몇 명이서 참조하고 있는지?'와 동일한 내용이라 보면 된다.
즉 shared_ptr의 내부에는 자신이 감싸고 있는 포인터 변수에 대한 참조 카운터가 있다.

어느 곳에서든 이 포인터 변수를 참조하게 된다면 참조 카운터는 증가하게 되고, 참조를 그만둔다면 (소멸한다면) 참조 카운터는 감소하게 되어, 최종적으로 참조 카운터가 0이 된다면 shared_ptr 변수는 자동 삭제된다

사용법

대표적인 사용법은 다음 3가지로 볼 수 있다

#include <boost/shared_ptr.hpp>
#include <boost/make_shared.hpp>
#include <string>

typedef struct DataInfo {
    std::string name;
    size_t size;
    int permission;

    DataInfo() {
        size = 0;
        permission = 0;
    }

    DataInfo(const std::string &sName, size_t sSize, int sPermission) {
        name = sName;
        size = sSize;
        permission = sPermission;
    }
} DataInfo;

int main() {
    // 1번
    boost::shared_ptr<DataInfo> infoPtr(new DataInfo());
    // 2번
       DataInfo info;
    boost::shared_ptr<DataInfo> infoPtr2 = boost::make_shared<DataInfo>(info);
    // 3번
    boost::shared_ptr<DataInfo> infoPtr3 = boost::make_shared<DataInfo>("testName3", 1234, 655);
}

1번

• 생성자의 매개변수로 new로 생성된 포인터 변수를 전달한다
  • template<class Y> explicit shared_ptr(Y * p);

2번

• 생성자의 매개변수로 기존 객체를 전달한다
  • make_shared는 전달받은 객체 정보를 바탕으로 새로운 shared_ptr 변수를 반환하는 함수
  • 매개변수로 전달된 객체가 아닌 새로 생성된 객체를 전달한다. 내부에서 new로 포인터 변수를 생성 후 값을 복사해준다고 생각하면 편하다
    • 따라서 생성 이후 기존 객체의 값이 바뀌더라도 shared_ptr로 생성된 객체의 데이터는 변하지 않는다
  • 실제로 make_shared의 반환형은 boost::shared_ptr이다
    • return boost::shared_ptr< T >( pt, pt2 );

3번

• 생성자의 매개변수로 객체 생성자에 일치하는 데이터를 전달한다
  • 이 경우 make_shared 내부에서 새로운 포인터 객체를 생성할 때 생성자에다 매개변수의 데이터를 전달해준다

포인터 변수는 전달할 수 없는가?

가능하다. 다만 다음과 같은 에러가 발생할 수 있으니 조심해야 한다

int main() {
    DataInfo *info = new DataInfo("test", 1234, 644);

    // no matching function for call to ‘make_shared(DataInfo*&)’
    boost::shared_ptr<DataInfo> infoPtr = boost::make_shared(info);
    // no matching function for call to ‘make_shared(DataInfo&)’
    boost::shared_ptr<DataInfo> infoPtr2 = boost::make_shared(*info);
    // conversion from ‘DataInfo*’ to non-scalar type ‘boost::shared_ptr<DataInfo>’ requested
    boost::shared_ptr<DataInfo> infoPtr3 = info;
    // 정상 처리!
    boost::shared_ptr<DataInfo> infoPtr4(info);
}

shared_ptr에 포인터 변수를 전달할 경우 make_shared를 사용할 수 없는 것으로 보인다. make_shared의 생성자를 봐도

namespace boost {

  template<typename T> class shared_ptr;

  template<typename T>
    shared_ptr<T> make_shared();

  template<typename T, typename A>
    shared_ptr<T> allocate_shared( A const & );

#if !defined( BOOST_NO_CXX11_VARIADIC_TEMPLATES ) && !defined( BOOST_NO_CXX11_RVALUE_REFERENCES )    // C++0x prototypes

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

  template<typename T, typename A, typename... Args>
    shared_ptr<T> allocate_shared( A const & a, Args && ... args );

#else // no C++0X support

  template<typename T, typename Arg1 >
    shared_ptr<T> make_shared( Arg1 const & arg1 );
  template<typename T, typename Arg1, typename Arg2 >
    shared_ptr<T> make_shared( Arg1 const & arg1, Arg2 const & arg2 );
// ...
  template<typename T, typename Arg1, typename Arg2, ..., typename ArgN >
    shared_ptr<T> make_shared( Arg1 const & arg1, Arg2 const & arg2, ..., ArgN const & argN );

  template<typename T, typename A, typename Arg1 >
    shared_ptr<T> allocate_shared( A const & a, Arg1 const & arg1 );
  template<typename T, typename A, typename Arg1, typename Arg2 >
    shared_ptr<T> allocate_shared( Arg1 const & arg1, Arg2 const & arg2 );
// ...
  template<typename T, typename A, typename Arg1, typename Arg2, ..., typename ArgN >
    shared_ptr<T> allocate_shared( A const & a, Arg1 const & arg1, Arg2 const & arg2, ..., ArgN const & argN );

#endif
}

중간에 define으로 지정된 내용을 제외하고 생성자의 매개변수로 포인터 변수를 받는 부분은 없다.

이때 중간에 define으로 지정된 내용은 가변 템플릿을 이용한 생성자이며 포인터를 매개변수로 받을 수 있도록 지원하는 것 같은데... 사용하는 경우를 본 적이 없어서 잘 모르겠다. 어설프게 적었다가 실제로 내용이 다르면 어떡할까 싶어서 생략한다.

내부 구조

shared_ptr의 내부 구조는 다음과 같이 되어있다

디버거로 확인해보면 다음과 같이 구성되어 있다

px

shared_ptr가 실제로 가리키고 있는 객체의 주소를 반환한다. shared_ptr에 ->연산자를 사용해 접근하는 것은 사실 px에 접근하는 것과 동일하다.

pn (pi_)

pn은 pi_라는 1개의 요소로 구성되어 있으며 이후 서술되는 내용에서 pn은 pi_와 동일하다.

boost::detail::sp_counted_base

이는 하위에 2개의 count 변수를 갖고 있다

use_count_

use_count_변수는 this를 포함한 몇 개의 shared_ptr 객체가 동일한 대상을 참조하고 있는지를 나타낸다.
참조하는 대상이 있는 경우 최소 값은 1이며 만약 shared_ptr만 선언되었고 참조하는 객체가 없을 경우 0으로 지정된다.
이는 use_count() 함수로 확인할 수 있다.

void SharedPtr::inside(boost::shared_ptr<DataInfo> &ptr) {
    ptr = boost::make_shared<DataInfo>("Struct", 1, 2);
    ptr->name = "outside";

    boost::shared_ptr<DataInfo> ptr2 = ptr;
    std::cout << ptr2->size << std::endl;
    std::cout << "Inside count ---" << std::endl;
    std::cout << ptr.use_count() << std::endl;
    std::cout << ptr2.use_count() << std::endl;
    boost::shared_ptr<DataInfo> ptr3;
    std::cout << ptr3.use_count() << std::endl;
}

Inside count ---
2
2
0

weak_count_

코드는 존재하나.. 상세한 설명을 적은 내용을 찾을 수 없었다.
다만 검색했을 때 weak_ptr과 엮이는 걸 봤는데, weak_ptr에 관련 내용이 있을 수도 있겠다는 생각이 들었다.
weak_ptr에 대해서는 별도 포스팅으로 설명하겠다.

 

 

ptr, del에 대한 설명도 구글에서 찾을 수 없었다.

찾는 대로 업데이트할 예정