std::enable_shared_from_this源码原理剖析

声明：之前已经踩过一次坑了，也稍微了解了一下boost的实现机制，这次又踩了一次（主要是惯性），于是去翻了下gcc9的实现，思路相同，但是实现手法不一样，遂记录一下

源码版本

我查看的是我的Ubuntu自带的版本：gcc9.3
源码位置在/usr/include/c++/9，如果是使用Linux系统的话，应该差不太多。

通过memory可以知道关键代码在的头文件是bits目录下的shared_ptr.h和shared_ptr_base.h。

问题提出

class XXX : std::enable_shared_from_this<XXX> {
  XXX() = default;

  void f()
  {
    //...
  }
};

int main()
  XXX x{};

  x.f(); // Ops! Throw std::bad_weak_ptr
}

std::enable_shared_from_this<>我想平时使用C++编程的不会对此陌生，如果你想在成员函数中传递std::shared_ptr会被它非侵入式的设计被刺，即裸指针构造会创造新的控制块（Control block，不了解的可以参考Scotto Meyers的Modern Effective C++），因此得继承该类并使用其成员函数shared_from_this()。

这里的使用姿势是错误，不管什么时候，都应该通过std::shared_ptr的构造函数去创建堆上的对象（当然，std::make_shared()也可以），其他创建对象的方式均会抛出std::bad_weak_ptr异常。

熟悉模板的读者不难看出这个用到了CRTP手法，是因为它的内部实现确实需要知道它的子类类型。下面的源码分析可以知道其巧妙之处。

源码分析

可以看到实际上它是使用std::enable_shared_from_this的std::weak_ptr成员构造std::shared_ptr。
因此想要了解哪里出了问题，就必须看下shared_ptr的的构造函数：

看注释，我们已经知道问题出在哪了，因为weak_ptr成员并没有指向一个合理的控制块，没有引用计数，因此它会抛出异常。
继续深挖的话，最终可以找到抛出异常的代码：

那么std::enable_shared_from_this是如何解决这个问题的？
首先明确为什么要用到继承，这里主要是利用了多态但是没有用到虚机制，至于为什么要用到派生类到基类的转换，最后揭露。

该类正确使用方式是调用std::shared_ptr的构造函数（或std::make_shared()，这样就不会抛出异常。可想而知，我们得继续查看std::shared_ptr的构造函数：

这个函数（高亮的部分）看来是关键。

熟悉模板的对std::enable_if等<type_traits>的设施应该很熟悉。可见它准备了一个谓词来判断该类型是否为std::enable_shared_from_this的派生类。这里我不展开std::enable_if的实现原理（SFINAE），简单来说，它的作用是排除不符合的重载模板函数从而实现基于类型的重载，可见如果是基类为多做一些处理，而不是就啥都不做。
这个谓词当然也是通过SFINAE实现的：

那么__enable_shared_from_this_base()是个怎样的函数呢？

它是std::enable_shared_from_this<T>这个类模板的友元函数，我这里之所以强调友元函数，是因为类模板的非模板友元函数比较特殊，首先它没有暴露在类外，因此和非模板类的友元相同只能通过ADL(Argument dependent lookup)找到。因为它只有在被用到时才会进行实例化（On-demand instantiation），这就意味着如果你不是继承的该类，这个函数的实例是不存在的，自然__enable_shared_from_this_base()的调用是错误（error），但是SFINAE认为它不是错误而是失败（failure），所以可以忽略，因此上面的__has_esft_base会因为偏特化被排除，所以只能特化为主模板。
（如果不了解SFINAE还是建议了解一下，全称叫Substitution failure is not a error）。

最后，就是这个_M_assign()不太清楚了：

它是__weak_ptr的私有函数，而weak_ptr是__weak_ptr的派生类，而enable_shared_from_this是__weak_ptr的友元类（这里注意为什么不是weak_ptr的友元类，因为友元不能继承）。
这个函数只有当此时引用计数为0时才进行赋值，避免了重复错误的赋值。