关于C++中悬挂指针的一些思考，以及从QPointer中能够借鉴
如果是C++程序员，应该对悬挂指针这种pain in the ass十分熟悉了。为了避免悬挂指针问题，一般有两种解决思路：
- 在delete指针时，必须将指针置空。后续使用时，必须对指针进行判空。如果设计多线程设计，可能要配合临界区/互斥锁等同步原语。
- 使用
std::shared_ptr、std::unique_ptr等智能指针设施，其他类库提供的支持RAII的指针类也可以。
严格遵守上述两条实践准则，能解决99%的悬挂指针问题。那1%是怎么回事呢？这就是本文想要讨论的问题了。以我个人的理解来说，如果出现悬挂指针问题，首先还是要关注这两点实践准则，是否有严格遵守。但仍没有头绪，可能是以下两种情况：
- 类内部调用了
delete this，或者类似于delete this的行为。这里说到的类似于delete this的行为，在Qt开发中，一般可以表现为：为QWidget设置了deleteOnClose属性（即setAttribute(Qt::WA_DeleteOnClose)），而后在类的内部调用了close()。这会让窗口销毁，并调用析构函数，因此这种行为本质上也是delete this。 - 虽然使用了智能指针，但仍直接delete裸指针，或者从
std::shared_ptr、std::unique_ptr中调用get()方法获取了裸指针，并错误地将其delete。
以上两种情况，绝大多数的支持RAII的指针类都是感知不到的，包括C++11提供的std::shared_ptr、std::unique_ptr。因此，仍存在悬挂指针问题，存在造成崩溃的风险。
使用Qt中提供的QPointer类，并让被管理的资源继承自QObject，能够解决此类问题，这主要是为了处理QWidget设置了deleteOnClose属性（即setAttribute(Qt::WA_DeleteOnClose)），而后在类的内部调用了close()的情况。QPointer类能够感知到被管理资源的销毁，从而自动地将自身置空，因而能够规避悬挂指针问题。原理也很简单，Qt中提供了信号槽机制，QPointer通过连接QObject的destroy信号，自然就能感知到被管理资源的销毁，从而将自身置空了。这里要注意，被管理的指针类必须继承自QObject，并使用Q_OBJECT宏，否则是不生效的。简单的示例如下：
QPointer<QPushButton> button(new QPushButton("Close"));
button->setAttribute(Qt::WA_DeleteOnClose);
button->show();
QObject::connect(button, &QPushButton::clicked, [&button]() {
if (button) {
button->close();
qDebug() << "Button closed";
}
});
//处理其他的逻辑....
//这期间，用户按下了按钮，这会导致按钮销毁，QPointer自动置空
//由于QPointer已经置空，所以不会导致访问悬挂指针。
//如果使用裸指针，或者C++11的智能指针，那就GG了
if (button)
{
button->setFixedSize(100, 20);
}
那么，如果不在Qt环境下，如何能够避免此类问题呢？Qt的信号槽机制，实际上是类似与设计模式中的观察者模式的。所以，在必要的场合下，我们可以使用C++11中的智能指针，并配合观察者模式，避免悬挂指针问题。示例如下：
#include <iostream>
#include <memory>
#include <set>
//发起订阅者
class Observer {
public:
virtual void onObjectDestroyed() = 0;
};
//被订阅的主题，特定事件下会发布消息通知到订阅者
//这个场景下，当被订阅的主题销毁时，即发布消息
class Observed {
public:
void addObserver(std::weak_ptr<Observer> observer) {
observers.insert(observer);
}
void removeObserver(std::weak_ptr<Observer> observer) {
observers.erase(observer);
}
protected:
virtual ~Observed() {
notifyObservers();
}
private:
void notifyObservers() {
for (auto& observer : observers) {
if (auto lockedObserver = observer.lock()) {
lockedObserver->onObjectDestroyed();
}
}
}
std::set<std::weak_ptr<Observer>, std::owner_less<std::weak_ptr<Observer>>> observers;
};
class ManagingPointer : public Observer, public std::enable_shared_from_this<ManagingPointer> {
public:
ManagingPointer(std::shared_ptr<Observed> object)
: object(object) {
object->addObserver(shared_from_this());
}
~ManagingPointer() {
if (object) {
object->removeObserver(shared_from_this());
}
}
void onObjectDestroyed() override {
object.reset();
}
private:
std::shared_ptr<Observed> object;
};
class ManagedObject : public Observed {
public:
void release() {
delete this;
}
};
int main() {
auto managedObject = std::make_shared<ManagedObject>();
auto managingPointer = std::make_shared<ManagingPointer>(managedObject);
managedObject->release();
return 0;
}
在这里，被订阅的主题类是Observed，订阅主题的观察者是Observer。这里需要被管理的资源ManagedObject继承自Observed；管理资源的指针类是ManagingPointer，继承自Observer。
由于使用了观察者模式，当managedObject对象调用release方法将自身销毁时，父类Observed的虚析构函数会被调用，并通知订阅主题的观察者Observer。由于ManagingPointer继承自Observer，因此当managedObject调用release函数，ManagingPointer会感知到，即onObjectDestroyed函数会被调用（注意Observed类的notifyObservers方法，会通知被订阅的主题Observer，而当Observed类析构时会调用notifyObservers方法，需要理清这个调用关系）。最后，ManagingPointer的成员std::shared_ptr<Observed> object会在onObjectDestroyed中被reset，从而自动将自身自动置空。
可以看到，这一个流程下来，还是有点麻烦的，如果对观察者模式不是很熟悉，会需要一点时间理清调用关系。并且可以看到ManagingPointer类的使用并不是很方便，并不如C++11的智能指针好用，如果上述示例代码要被使用，或许还需要重写许多操作符函数，才能投入使用。
总结
可以看到，为了规避delete this以及delete裸指针带来的悬挂指针风险，实际上是有成本的，包括实现一个更复杂的且和C++智能指针一样好用且稳定的，支持RAII的指针类；以及更高的运行期性能消耗。这两点都是不可忽视的。这也是C++标准库，以及boost库并没有选择去这么实现各自的指针类的原因。因此，除非场景特殊，比如Qt中的QWidget可能需要处理类似于delete this的场景，否则建议不要自己实现这么一个复杂的RAII指针类，而是在日常编程中注意自己的代码规范，包括注意在delete后将指针置空；使用智能指针，不要操作裸指针，更不要从智能指针中获取裸指针并将其delete；尽量不要使用delete this，或者类似的行为，除非你有特殊的机制去支持这种场合，比如使用QPointer。
