智能指针作为指针

有两种方式来理解智能指针。一种方式是将智能指针视为有效的指针，即指针本身或其所指向的值可以是 const，或者两者都是。

另一种视角是将智能指针看作类类型对象。本质上，它们是对原始指针的封装。由于智能指针是一个对象，通常建议将其作为 const 引用传递。但事实上，在大多数情况下，这样做并不合适。

下面我们分别探讨这两种视角。

const 与智能指针作为指针

智能指针之所以被称为“有效指针”，是因为它们能自动管理内存。因此，我们可以对指针本身或其所指向的值使用 const。

虽然存在多种智能指针，但我们的默认选择应为 std::unique_ptr，因此在示例中我们将主要使用它，除非需要展示特定概念时才使用共享指针。

const std::unique_ptr<T>

在这种情况下，是智能指针本身为 const，而不是其所指向的数据。这意味着我们无法重置该指针或更改其指向的内容。但指针所指向的数据仍然可以被修改。

1#include <iostream>
2#include <memory>
3
4int main() {
5    const std::unique_ptr<int> p = std::make_unique<int>(42);
6    ++(*p); // 正确，数据不是 const
7    // p.reset(new int{666}); // 错误，不能重置 const 指针
8    std::cout << *p << '\n';
9}

需要注意的是，const unique_ptr 的功能受到限制。我们无法返回它，因为这需要移动指针所有权。因此，以下代码无法通过编译：

1#include <iostream>
2#include <memory>
3using namespace std;
4
5const std::unique_ptr<int> f() {
6    const std::unique_ptr<int> p = std::make_unique<int>(42);
7    return p;
8}

然而，从 C++17 开始，const 返回类型不再是问题。下面这个片段在 C++14 下会报错，但在 C++17 下可以正常工作：

1#include <iostream>
2#include <memory>
3
4const std::unique_ptr<int> f() {
5    std::unique_ptr<int> p = std::make_unique<int>(42);
6    return p;
7}
8
9int main() {
10    auto p = f();
11}

两段代码的区别在于：第二段中 p 并未声明为 const。

std::unique_ptr<const T>

此时，指针所指向的数据是 const，但指针本身是可变的。也就是说，我们不能修改所指向的数据，但可以改变指针的指向。

1#include <iostream>
2#include <memory>
3
4int main() {
5    std::unique_ptr<const int> p = std::make_unique<const int>(42);
6    // ++(*p); // 错误，数据是 const
7    p.reset(new int{51}); // 正确，指针不是 const
8    std::cout << "Successful\n";
9}

在表达式 std::make_unique<const int>(42) 中，const 并非强制要求，即使省略也不会导致编译失败。但从性能角度考虑，最好保留 const。如果在编译器探索器中检查，省略 const 会导致额外调用一次移动构造函数，并需要析构临时对象：

1mov     DWORD PTR [rbp-20], 42
2lea     rax, [rbp-32]
3lea     rdx, [rbp-20]
4mov     rsi, rdx
5mov     rdi, rax
6call    std::_MakeUniq<int>::__single_object std::make_unique<int, int>(int&&)
7lea     rdx, [rbp-32]
8lea     rax, [rbp-40]
9mov     rsi, rdx
10mov     rdi, rax
11call    std::unique_ptr<int const, std::default_delete<int const> >::unique_ptr<int, std::default_delete<int>, void>(std::unique_ptr<int, std::default_delete<int> >&&)
12lea     rax, [rbp-32]
13mov     rdi, rax
14call    std::unique_ptr<int, std::default_delete<int> >::~unique_ptr() [complete object destructor]

如果我们正确地在 std::make_unique 中保留了 const，上述代码将简化为：

1mov     DWORD PTR [rbp-36], 42
2lea     rax, [rbp-48]
3lea     rdx, [rbp-36]
4mov     rsi, rdx
5mov     rdi, rax
6call    std::_MakeUniq<int const>::__single_object std::make_unique<int const, int>(int&&)

总结：若希望获得一个 const 智能指针，应在左侧和右侧都加上 const，前提是使用 std::make_* 函数。通常更推荐使用 auto。

const std::unique_ptr<const T>

这是前两种情况的结合：指针本身和其所指向的数据均为 const，因此不允许任何修改。

1#include <iostream>
2#include <memory>
3
4int main() {
5    const std::unique_ptr<const int> p = std::make_unique<const int>(42);
6    // ++(*p); // 错误，数据是 const
7    // p.reset(new int{51}); // 错误，指针是 const
8}

请务必在两侧都加上 const！