C++23的out_ptr和inout_ptr

c++23新增了一些智能指针适配器，用来扩展和简化智能指针的使用。
这次主要介绍的是std:ut_ptr和std::inout_ptr。这两个适配器用法和实现都很简单，但网上的文档都比较抱歉，还缺少一些比较重要的部分，因此单开一篇文章记录一下。
out_ptr

首先从功能最简单的out_ptr讲起。
std:ut_ptr其实是一个函数，返回一个类型为std:ut_ptr_t的智能指针适配器，函数签名如下：

1. #include <memory>
3. template< class Pointer = void, class Smart, class... Args >
4. auto out_ptr( Smart& s, Args&&... args );

复制代码

这个函数主要是把各种智能指针包装成output parameter，以方便现有的接口使用，尤其是一些用c语言写的函数。
在继续之前我们先来复习一下output parameter是什么。这东西又叫传出参数，一次就是函数会把一部分数据写进自己的参数里返回给调用者。
通过参数返回是因为c语言和c++11之前的c++不支持多值返回也没有类似tuple这样方便的数据结构，导致函数无法直接返回两个以上的值，所以需要用一种额外的传递数据的方式。
比如我在以前的博客中提到的hsearch：int hsearch_r(ENTRY item, ACTION action, ENTRY **retval, struct hsearch_data *htab)。这个函数用来在哈希表里创建或者查找数据，查找失败的时候会返回错误码，而查找成功的时候函数返回0并把找到的数据设置给retval。这个retval就是output parameter，承载了函数除了错误码之外的返回数据。
c++里现在很少用指针类型作为output parameter了，但还有更本地化的做法——引用：int func(const char *name, Data &retval)。
这类函数有几个特点：

• 不在乎output parameter里有什么值
  
• 函数调用期间完全享有output parameter和其资源的所有权
  
• 函数返回后output parameter通常被设置为新值
  

在c++提倡少用裸指针的今天，我们越来越习惯使用shared_ptr和unique_ptr，但不管哪种智能指针都很难直接适配上面这些函数，看个例子就明白了：

1. int get_data(const std::string &name, Data **retval)
2. {
3.     if (!check_name(name)) {
4.         return ErrCheckFailed;
5.     }
6.     *retval = make_data(name);
7.     return 0;
8. }
10. // 使用裸指针
11. Data *data_ptr = nullptr;
12. if (auto err = get_data("name", &data_ptr); err != 0) {
13.     错误处理
14. } else {
15.     这里可以使用data_ptr
16. }

复制代码

使用裸指针的时候代码比较简单，我们再来看看使用智能指针的时候：

1. std::unique_ptr<Data> resource;
3. Data *data_ptr = nullptr;
4. if (auto err = get_data("name", &data_ptr); err != 0) {
5.     错误处理
6. } else {
7.     resource.reset(data_ptr);
8.     这里可以使用resource
9. }

复制代码

代码会变得啰嗦，而且如果我们忘记了调用reset，那么资源就可能泄漏了；还有最重要的一点，我们主动使用了裸指针，而这正是我们想避免的。
这时候就需要out_ptr了。out_ptr生成的适配器会先放弃智能指针持有资源的所有权并将旧资源释放，因为如前面所说我们要调用的函数会接管资源的所有权，接着构造出的std:ut_ptr_t有自动的类型转换方法，可以把智能指针转换成我们需要的T**交给函数使用，最后在函数调用结束之后再把新的资源设置回智能指针。
所以上面的例子可以改成：

1. std::unique_ptr<Data> resource;
2. if (auto err = get_data("name", std::out_ptr(resource)); err != 0) {
3.     错误处理
4. } else {
5.     这里可以使用resource，无需reset
6. }

复制代码

除了代码更简洁，out_ptr还保证异常安全，即使在调用get_data的过程中抛出了异常，也不会出现资源泄漏。
利用out_ptr我们可以在使用智能指针的同时兼容老旧接口。
out_ptr和shared_ptr

如果只看函数签名，很多人会觉得out_ptr也可以直接配合std::shared_ptr使用，然而现实是多变的：

1. struct Data {
2.     std::string name;
3. };
5. int get_data(const std::string &name, Data **retval)
6. {
7.     if (name == "")
8.         return 1;
9.     *retval = new Data{name};
10.     return 0;
11. }
13. int main()
14. {
15.     std::shared_ptr<Data> resource;
16.     if (auto err = get_data("apocelipes", std::out_ptr(resource)); err != 0)
17.         std::cerr << "error\n";
18.     else
19.         std::cout << "success, name: " << resource->name << "\n";
20. }

复制代码

报错虽然很长但只要关注前几行就行了，错误的原因很明显，std::shared_ptr要配合out_ptr使用就必须显示提供deleter。
这是因为对于std::shared_ptr，deleter并不是类型的一部分，通常是我们通过构造函数或者reset方法穿进去的，为了能100%正确释放资源，我们需要手动把合适的deleter传进去；相对地deleter是std::unique_ptr类型的一部分，out_ptr可以直接从类型参数里得到合适的deleter从而正确释放资源。
这也是为什么out_ptr还有变长参数，这些参数就是为了std::shared_ptr或者其他有特殊要求的类似智能指针准备的。
好在上面的代码稍作修改就能正常使用：
[code]int main(){    std::shared_ptr resource;-   if (err = get_data("apocelipes", std:ut_ptr(resource)); err != 0)+   if (err = get_data("apocelipes", std:ut_ptr(resource, std::default_delete{})); err != 0)        std::cerr