Version 17.28
スマートポインタのまとめ

「さて、今回は前回まで説明してきたスマートポインタをまとめます」
『なんかすっごく複雑だったんだけど……』
「まず、スマートポインタの目的は、 new した変数を〈使わなくなった〉
時に delete する、というものです」
『使ってるときに delete しちゃダメだし、 delete し忘れたら
メモリリークしちゃうから、ってことね』
「そういうこと。つまり、 Version 17.21 ( No.376 ) の以下の箇所でして
いる delete を、自動的に行いたいわけです」

int WINAPI WinMain
    ( HINSTANCE p_hInstance
    , HINSTANCE p_hPrevInstance
    , LPSTR p_pchCmdLine
    , int p_iCmdShow
    )
{
    // 出力用に、 CPrinter クラスのポインタを受け取ります。
    CPrinter *pcPrinter;

    // まずデバッグ用を受け取ります。
    pcPrinter = GetPrinterInstance( DEBUG_PRINTER );
    // 出力します。
    pcPrinter->Output( "あいうえお\n" );
    // 解放します。
    delete pcPrinter;   ←ここと、

    // 次にダイアログ用を受け取ります。
    pcPrinter = GetPrinterInstance( DLG_PRINTER );
    // 出力します。
    pcPrinter->Output( "あいうえお\n" );
    // 解放します。
    delete pcPrinter;  ←ここ。

    return 0;
}

『スマートポインタを使用することで、これが可能になります』

int WINAPI WinMain
    ( HINSTANCE p_hInstance
    , HINSTANCE p_hPrevInstance
    , LPSTR p_pchCmdLine
    , int p_iCmdShow
    )
{
    // 出力用に、 CSmartPointer クラスを受け取ります。
    // まずデバッグ用を受け取ります。
    CSmartPointer cSmartPointer = GetPrinterInstance( DEBUG_PRINTER );
    // 出力します。
    cSmartPointer.GetPointer()->Output( "あいうえお\n" );

    // 次にダイアログ用を受け取ります。
    cSmartPointer = GetPrinterInstance( DLG_PRINTER );
      ↑ここで以前持っていたポインタを delete します。

    // 出力します。
    cSmartPointer.GetPointer()->Output( "あいうえお\n" );

    return 0;
      ↑ここで持っていたポインタを delete します。
}

『こうすることでメモリリークしなくなるわけね。でも……』
「でも？」
『難しすぎるよこれ！　こんなの絶対作れないし、使うのもかなり無理！』
「うん、難しいと思うよ」
『へ？』
「これは、 C++ 言語の〈一番難しい部分〉です」
『一番難しいとこなの？』
「そう。 C++ 言語には、コンストラクタと演算子のオーバーロードの複雑
なルールがあって、これをパズルのように組み合わせることで
スマートポインタのような特殊なクラスを作ることができるんです」
『パズル……』
「そう、本当にパズル。元々のルール、 C++ 言語の複雑な言語仕様をまず
熟知しなきゃいけないし、それを使いこなせなきゃいけない。それはかなり
大変なこと。これができたら上級者って言ってもいいと思うよ」
『そんな難しい部分なんだ……』
「実際、スマートポインタを作るのはかなり大変です。もしミスがあったら
メモリリークが発生したりまだ使用中なのに delete してしまう可能性があ
るから」
『ミスってどんな？』
「たとえばコピーコンストラクタで参照カウンターを増やし忘れるとか」

    // コピーコンストラクタ。
    CSmartPointer( const CSmartPointer &p_rcSmartPointer )
        : m_pcPrinter( p_rcSmartPointer.m_pcPrinter )
        , m_piRefCounter( p_rcSmartPointer.m_piRefCounter )
    {
                // ← AddRef() を呼んでない。
    }

「これを呼び忘れると、以下の箇所で問題になります」

                           return cSmartPointer;
                                     ↓
    CSmartPointer cSmartPointer = cSmartPointer;
                     (左)              (右)

「右の cSmartPointer はすぐになくなるけど、 AddRef() メンバ関数を呼
び出していないと参照カウンターが 0 になっちゃって」
『げ、その場で delete されちゃう！？』
「というわけ」
『……でもさ、そんなミスってする？』
「するんだよねこれが。たとえば〈コピーコンストラクタを作り忘れた〉と
か」
『……へ？』
「このプログラム、コピーコンストラクタがなくてもビルドできるでしょ」
『げ！　なんで……あ！　そだ、コピーコンストラクタって元々作られてる
コンストラクタだった！』
「そう、 Version 16.11 ( No.338 ) と Version 16.12 ( No.339 ) で説明
したように、コピーコンストラクタは作らなくても元々存在してるんです」
『作らなかった場合、メンバ変数をコピーする……つまり、さっきの 
AddRef() メンバ関数を呼んでないコピーコンストラクタと同じ！』
「そういうこと。だから、スマートポインタにコピーコンストラクタを作り
忘れるとそれだけでバグになるわけです」
『うわぁ……』
「これを忘れないようにするためには、コピーコンストラクタっていうもの
が存在すること、それを自分で作れることを知らないといけないわけです」
『……でも、あのときも思ったけど、見えないところでそういう機能が動い
てる、っていうのを知らないといけないって大変だね』
「だから一番難しい部分、ってこと。こういう〈自動的に行われている部分〉
っていうのは、普通にプログラムを組んでいる時には〈気にしなくてもいい〉
ところなんです」
『だよね、勝手にしてくれて便利ってゆーか』
「だけど、スマートポインタみたいなものを作るためには、その奥まで知っ
ていないといけない、というわけなんです」
『うわぁ……』
「さすがにここまで勉強するのは相当大変だけど、 C++ を使ううえではい
つか必要になる知識だから」
『それまでこつこつ勉強ね……』
「さて、ちょっと話を戻して、さっきはコピーコンストラクタを作らないと
うまく動かない例を見てもらったけど、ちゃんと作ってても使い方次第で
正しく動作しない場合があるんです」
『げ！　それってどんなとき？』
「具体的には、中で持っているはずのアドレスを〈直接〉扱ってしまうと
うまく動きません。たとえば」

    // スマートポインタを受け取りました。
    CSmartPointer cSmartPointer = GetPrinterInstance( DEBUG_PRINTER );
    // このなかにあるアドレスを、取り出してポインタに代入します。
    CPrinter *pcPrinter = cSmartPointer.GetPointer();

『そか、スマートポインタの中のアドレスって GetPointer() メンバ関数で
取得できるんだったね。でもこれがいけないの？』
「これをしてしまうと、ひとつのアドレスが cSmartPointer と pcPrinter 
の両方に入ってることになります。こうなってしまうと、スマートポインタ
では管理しきれません」
『どして？』
「スマートポインタは〈もう参照先の変数を使わなくなったとき〉、つまり
〈アドレスがどのポインタにも入ってないとき〉に delete で削除します」
『うん、それがスマートポインタの目的だもんね』
「でも、普通のポインタにアドレスが入れられていても、スマートポインタ
はそのことは分からないから……」
『げ！　そか、スマートポインタだけ使ってたら〈全部なくなった〉ってい
うことが参照カウンターでわかるけど、普通のポインタも混ざってると……』
「だから、たとえばこういうことが起きてしまいます」

    // ポインタだけ先に作ります。
    CPrinter *pcPrinter;

    // ブロック（実際には if とか for とか）。
    {
        // スマートポインタを受け取りました。
        CSmartPointer cSmartPointer 
            = GetPrinterInstance( DEBUG_PRINTER );
        // このなかにあるアドレスを取り出してポインタに代入します。
        pcPrinter = cSmartPointer.GetPointer();

        // このブロックから抜けると、スマートポインタは
        // 中のポインタを delete してしまいます。
    }
    pcPrinter->Output( "あいうえお\n" );
    // ↑ダメ！　もう delete されたアドレスを使ってます！

『えと、ブロックの中でさっきと同じことしてるんだよね。スマートポインタ
作って、その中のアドレスを外のポインタに渡して……げ！　そか、ブロック
から出るとスマートポインタがなくなっちゃうから……』
「デストラクタが呼び出されて中にあるアドレスが delete されてしまうん
です」
『そうすると、 pcPrinter で持ってるアドレスも同じだから、もう使えな
くて……つまり、普通のポインタを持っていると、こういうふうに使えなく
なったアドレスを持たされるハメになる、と』
「そういうこと。逆に、普通のポインタが、スマートポインタの悪さをする
可能性もあるんです」
『どゆこと？』
「たとえば、勝手に delete しちゃうとか」

    // スマートポインタを受け取りました。
    CSmartPointer cSmartPointer = GetPrinterInstance( DEBUG_PRINTER );
    // このなかにあるアドレスを、取り出してポインタに代入します。
    CPrinter *pcPrinter = cSmartPointer.GetPointer();

// (ここで何か処理)

    // 使い終わったから、ポインタを delete しましょう。
    delete pcPrinter;
    // でもこのあと cSmartPointer 変数でも delete するから
    // 二重に delete されてしまいます……。

『ああーっ！　そか、確かにポインタがあったら delete したくなっちゃう
ね……』
「実際のプログラムではもっと複雑になるから、こういうことはより起こり
やすくなります。で、こういうミスをしないためにも、仕組みを知ってる
必要があるわけです、が」
『それは実はかなり複雑、 C++ じゃ一番難しいレベル』
「でも、ポリモーフィズムでは new や delete は必要不可欠」
『 Version 17.21 ( No.367 ) でそう言われました……』
「だから、ずーっと勉強していったその先に、こういう分野があるっていう
ことを覚えておいて」
『ちょっと忘れたいかも……』

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『なんか今回はへこんだかも……』
「まぁこの辺は本当に難しい部分だからね……」
『ここが一番難しい？　難しいとこってここくらい？』
「あとは const メンバ関数くらいかな」
『げ、イヤなこと思い出させられた』
「というわけで次回」
＜ Version 17.29 継承とコンストラクタ ＞
『につづく！』
「ポリモーフィズムも実はもっと複雑だし、他にもテンプレートとか……」
『いやっもう聞きたくない！！』