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社区首页 >专栏 >UE4智能指针

UE4智能指针

原创
作者头像
小伏羲
发布于 2018-12-18 19:27:53
7K0
发布于 2018-12-18 19:27:53
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文章被收录于专栏：UE4技术专场
  • 所有编译器和平台上有更加一致的实现
  • 可以和虚幻本身的类型更好的结合，比如容器等
  • 能更好的控制平台特性，包括线程的处理和优化(包含线程安全和非安全版本)
  • 添加了一些自己的改进，比如MakeShareable，赋值为NULL等
  • 有更多的控制权（内联函数，内存，虚函数等等）
  • 不需要的时候倾向不引入第三方库

Type

解释

内存占用

性能

TUniquePtr

专属所有权智能指针，只能转移，不能复制

默认和裸指针相同，有状态的删除其和采用函数指针实现的删除器会增加尺寸

基本裸指针相同

TSharedPtr

引用计数的非侵入式的权威智能指针

默认是裸指针两倍，但是多出了控制块的内存

有一定的内存消耗，大约是两倍

TSharedRef

引用计数的非侵入式的权威智能引用（只是不能为null）

同上

同上

TWeakPtr

引用计数的、非侵入式弱指针引用

两倍的裸指针大小，有一个指针指向控制块

比Tsharedptr略慢

代码语言：txt
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- 所有共享指针的内存消耗（8字节）（32位系统）
    - 源指针（32位）
    - 引用控制器（32位）
- 应用控制器（12字节）
    - 源指针
    - 共享引用计数
    - 弱引用计数使用的方法(以TSharedPtr为例)
代码语言：txt
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//声明一个类
Class MyClass
{
    public:
        int values;
};
代码语言：txt
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//分配以及初始化
TSharedPtr<MyClass> EmptySharedClass;	//这是一个空的共享指针
TSharedPtr<MyClass> FirstSharedObject(new MyClass());	//声明并初始化了一个共享指针
代码语言：txt
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//复制指针：
//当复制了一个共享指针，那引用数就会增加
TSharedPtr<MyClass> anotherObject = FirstSharedObject;
代码语言：txt
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//获取引用计数
FirstSharedObject.GetSharedReferenceCount();
代码语言：txt
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//解引用
FirstSharedObject->values;
FirstSharedObject.Get()->values;
(*FirstSharedObject).values;
代码语言：txt
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//释放当前指针
FirstSharedObject.Reset();
代码语言：txt
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//指针合法性
FirstSharedObject.IsValid()
或者：
FirstSharedObject.Get() != nullptr
  • 使用的场景（具体实例） - Unreal需要智能指针的地方（比如从TSharedFromThis继承的类，编辑器中比较常用） - FSkeletonEditor 中使用的 FSkeletonEditorModevoid FWorkflowCentricApplication::AddApplicationMode(FName ModeName, TSharedRef<FApplicationMode> Mode) { for (int32 Index = 0; Index < ModeExtenderList.Num(); ++Index) { Mode = ModeExtenderListIndex.Execute(ModeName, Mode); } ApplicationModeList.Add(ModeName, Mode); } - 没有自动内存管理的类，不想关心内存的释放（不是从Uobject继承的类型） - 扩展类型比如实现自己的Button// 内层依然使用的是SButton，这时候可能就需要智能指针管理 TSharedPtr<SButton> MyButton;
  • 智能指针的原理（以TSharedPtr为例介绍）
    • 总体概括图
Smart.jpg
Smart.jpg
代码语言：txt
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- Tshared实现原理
    - ObjectType\* Object - 裸指针
    - FReferenceControllerBase - 引用计数器
        - FReferenceControllerBase是抽象类, 子类需要实现DestroyObject()方法. (目前均使用派生类TReferenceControllerWithDeleter) SharedReferenceCount为共享计数, WeakReferenceCount为弱指针计数. SharedReferenceCount降为0时, 不管WeakReferenceCount的数值, Object被销毁. WeakReferenceCount降为0时, FReferenceControllerBase 被销毁.

##详细内容

0. 总述

0.1. FReferenceControllerBase - 引用计数器

代码语言：txt
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TSharedPtr, TSharedRef, TWeakPtr均使用该类计数
FReferenceControllerBase是抽象类, 子类需要实现DestroyObject()方法. (目前均使用派生类TReferenceControllerWithDeleter)
SharedReferenceCount为共享计数, WeakReferenceCount为弱指针计数.
SharedReferenceCount降为 0 时, 不管WeakReferenceCount的数值, Object被销毁.
WeakReferenceCount降为 0 时, FReferenceControllerBase 被销毁.

0.2. TSharedPtr - 共享指针

代码语言：txt
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不可用于UObject, 允许为null, 带引用计数, 生命周期完结自释放的智能指针, 允许拷贝多份, 每份均指向相同的对象.
使用右值构造/赋值时, 传入智能指针会被释放.
有线程安全非线程安全两个版本
每复制一份, 引用计数+1, 每释放一份, 引用计数-1.

0.3. TSharedRef - 共享引用

代码语言：txt
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不可用于UObject, 不允许为null, 带引用计数, 生命周期完结自释放的智能指针, 允许拷贝多份, 每份均指向相同的对象.
与TSharedRef的区别仅为不允许为null.
TSharedPrt::ToSharedRef()方法用于创建一个共享引用.

0.4. TWeakPtr - 弱指针

代码语言：txt
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仅能通过TSharedPrt或TSharedRef构造的弱指针, 随时会变成空指针, 使用前必须校验是否为空.
与TSharedPrt或TSharedRef使用同一个FReferenceControllerBase.
TWeakPtr无法直接访问对象, 必须通过Pin()方法创建一个TSharedPtr, 通过TSharedPtr访问对象.
弱指针计数不会阻止对象销毁

0.5. TScopedPointer - 自释放指针

代码语言：txt
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boost::scoped_ptr
生命周期完结后自释放的智能指针(构造的裸指针必须是new出来的).
拷贝构造/赋值时会new一个新的对象.
手动释放(Release)后, 该智能指针不再负责该对象的销毁.

0.6. TAutoPtr - 无副本自释放指针

代码语言：txt
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与TScopedPointer功能一致, 唯一的区别是拷贝构造时不会new.

0.7.TUniquePtr - 唯一指针

代码语言：txt
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std::unique_ptr
具有唯一性, 生命周期完结后自释放的智能指针, 不支持拷贝, 只支持移动.
使用右值赋值时, 原指向对象会被销毁.
手动释放(Release)后, 该智能指针不再负责该对象的销毁.

0.8. FWeakObjectPtr - UObject 弱指针

代码语言：txt
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使用ObjectIndex及ObjectSerialNumber指向UObject的弱指针.

0.9 TSharedFromThis

提供AsShared方法获取共享指针, 凡是派生自TSharedFromThis的对象请通过AsShared获取智能指针, 可以保证引用计数器的一致.

1. TSharedPtr - 共享指针

代码语言：txt
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使用引用计数的允许为空的智能指针, 创建时有三种模式(ESPMode)可选:
NotThreadSafe- 非线程安全
Fast(默认) - FORCE_THREADSAFE_SHAREDPTRS为 1 是等价于ThreadSafe, 反之等价于NotThreadSafe
ThreadSafe - 线程安全, 但是相对昂贵

注: TSharedRef 不允许用于UObjects

1.1 TSharedPtr

1.1.1 TSharedPtr 的结构

代码语言：txt
复制
template< class ObjectType, ESPMode Mode >
ObjectType* Object - 裸指针
SharedPointerInternals::FSharedReferencer< Mode > SharedReferenceCount - 引用计数器 (详见1.2)

1.1.2 TSharedPtr 的关键方法

代码语言：txt
复制
ObjectType& Get() const
获取裸指针, 请慎重存储返回值.

const int32 GetSharedReferenceCount() const
获取当前指针的引用计数

void Reset()
释放引用

TSharedRef< ObjectType, Mode > ToSharedRef() const
创建一个共享引用

const bool IsValid() const
当前指针是否有效

1.2 SharedPointerInternals::FSharedReferencer

template< ESPMode Mode >

1.2.1 SharedPointerInternals::FSharedReferencer 的结构

代码语言：txt
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typedef FReferenceControllerOps<Mode> TOps;
FReferenceControllerBase* ReferenceController
引用计数核心, 负责记录引用计数及销毁操作 (详见1.3)
注: FReferenceControllerBase是一个抽象类, 目前TSharedRef使用的ReferenceController是TReferenceControllerWithDeleter

1.2.2 SharedPointerInternals::FSharedReferencer 的关键方法

代码语言：txt
复制
FSharedReferencer& operator=( FSharedReferencer const& InSharedReference )
      TOps::AddSharedReference(NewReferenceController);
         增加ReferenceController->SharedReferenceCount计数, 线程安全版使用InterlockedIncrement, 非线程安全版直接++
      TOps::ReleaseSharedReference(ReferenceController)
         减少ReferenceController->SharedReferenceCount计数, 线程安全版使用InterlockedDecrement, 非线程安全版直接--
         若ReferenceController->SharedReferenceCount为 0
             ReferenceController->DestroyObject()进行销毁
             ReleaseWeakReference(ReferenceController)
                  若WeakReferenceCount为0, delete ReferenceController

FORCEINLINE ~FSharedReferencer()
     TOps::ReleaseSharedReference(ReferenceController);

1.3. FReferenceControllerBase

1.3.1 FReferenceControllerBase 的结构

代码语言：txt
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int32 SharedReferenceCount - 共享引用计数, 该计数为 0 时会销毁Object , 即便WeakReferenceCount不为 0
int32 WeakReferenceCount - 弱指针引用计数

1.3.2 FReferenceControllerBase 的关键方法

代码语言：txt
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FReferenceControllerBase( FReferenceControllerBase const& )
     无定义, private, 隐藏左值拷贝构造
FReferenceControllerBase& operator=( FReferenceControllerBase const& )
     无定义, private, 隐藏左值赋值

1.4. TReferenceControllerWithDeleter

1.4.1 TReferenceControllerWithDeleter 的结构

代码语言：txt
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template <typename ObjectType, typename DeleterType>
void* Object - 裸指针
继承自FReferenceControllerBase, 目前是FReferenceControllerBase的派生类

1.4.2 TReferenceControllerWithDeleter 的关键方法

virtual void DestroyObject()

使用DeleterType的operator()方法来释放Object

代码语言：txt
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DeleterType通过DefaultDeleter<ObjectType>()创建
DefaultDeleter通过模板特化实现不同类型的delete, 默认直接使用delete.

1. 5 使用TSharedPtr

1.5.1 创建新的 TSharedPtr

代码语言：txt
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SharedPtr( OtherType* InObject )
      this->Object( InObject )
      this->SharedReferenceCount( SharedPointerInternals::NewDefaultReferenceController( InObject ) )
           this->SharedReferenceCount.ReferenceController( NewDefaultReferenceController )
           NewDefaultReferenceController = nullptr;
      SharedPointerInternals::EnableSharedFromThis( this, InObject, InObject );

1.5.2 复制复制 TSharedPtr

1.5.2.1 使用左值使用 TSharedPtr

代码语言：txt
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TSharedPtr( TSharedPtr const& InSharedPtr )
     this->Object( InSharedPtr.Object )
     this->SharedReferenceCount( InSharedPtr.SharedReferenceCount )
          this->SharedReferenceCount.ReferenceController( InSharedPtr.SharedReferenceCount.ReferenceController )
          TOps::AddSharedReference(this->SharedReferenceCount.ReferenceController);

1.5.2.2 使用右值构造 TSharedPtr

代码语言：txt
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TSharedPtr( TSharedPtr&& InSharedPtr )
     this->Object( InSharedPtr.Object )
     this->SharedReferenceCount( MoveTemp(InSharedPtr.SharedReferenceCount) )
          this->SharedReferenceCount.ReferenceController( InSharedReference.ReferenceController )
          InSharedPtr.SharedReferenceCount.ReferenceController = nullptr;
     InSharedPtr.Object = nullptr;

1.5.2.3 使用左值赋值TSharedPtr

代码语言：txt
复制
TSharedPtr& operator=( TSharedPtr const& InSharedPtr )
     this->SharedReferenceCount = InSharedPtr.SharedReferenceCount;
          this->SharedReferenceCount.ReferenceController( InSharedPtr.SharedReferenceCount.ReferenceController )
          TOps::AddSharedReference(this->SharedReferenceCount.ReferenceController);
     this->Object = InSharedPtr.Object;
     return *this;

1.5.2.3 使用右值赋值 TSharedPtr

代码语言：txt
复制
TSharedPtr& operator=( TSharedPtr&& InSharedPtr )
      this->Object = InSharedPtr.Object;
      InSharedPtr.Object = nullptr;
      this->SharedReferenceCount = MoveTemp(InSharedPtr.SharedReferenceCount);
           auto OldReferenceController=this->SharedReferenceCount.ReferenceController;
           InSharedPtr.SharedReferenceCount.ReferenceController = nullptr;
           this->SharedReferenceCount.ReferenceController = NewReferenceController;
           TOps::ReleaseSharedReference(OldReferenceController);
      return *this;

2. TSharedRef - 共享引用

使用引用计数的不允许为空的智能指针.

相关逻辑与TSharedPtr相同, 仅不允许Object为空.

2.1 TSharedRef 的结构

代码语言：txt
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ObjectType* Object
SharedPointerInternals::FSharedReferencer< Mode > SharedReferenceCount

2.2 TSharedRef 的关键方法

详见1.1.

3. TWeakPtr - 弱指针

代码语言：txt
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使用引用计数的智能指针, 弱指针不会阻止对象销毁, 使用过程中会遇到指针突然变空的情况.

TWeakPtr不能通过裸指针构造, 只能通过其他智能指针构造.

3.1 TWeakPtr

3.1.1 TWeakPtr 的结构

代码语言：txt
复制
ObjectType* Object - 裸指针
SharedPointerInternals::FWeakReferencer< Mode > WeakReferenceCount - 引用计数器

3.1.2 TWeakPtr 的关键方法

代码语言：txt
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const bool IsValid() const
return Object != nullptr && WeakReferenceCount.IsValid();
如前文所说, 弱指针并不阻止Object销毁, 故TWeakPtr::Object并不能作为是否有效的条件, 需要使用WeakReferenceCount.IsValid()来判断.

void Reset()
释放引用

TSharedPtr< ObjectType, Mode > Pin() const
获取当前弱指针的共享指针, 请务必记得IsValid判断.
弱指针没有Get方法, 也没有重写operator*及operator->, 想要使用弱指针指向的对象, 必须通过Pin方法获取共享指针.

3.2 FWeakReferencer

typedef FReferenceControllerOps<Mode> TOps;

3.2.1 FWeakReferencer 的结构

FReferenceControllerBase* ReferenceController

3.2.2 FWeakReferencer 的关键方法

代码语言：txt
复制
FSharedReferencer& operator=( FSharedReferencer const& InSharedReference )
InSharedReference WeakReference + 1
this WeakReference - 1
this = InSharedReference
~FWeakReferencer()
TOps::ReleaseWeakReference(ReferenceController);
WeakReferenceCount为 0 时销毁FReferenceController

4. TScopedPointer - 自释放指针

仿照boost::scoped_ptr写的指针, 没有引用计数, 生命周期完结时自动delete.

4.1 TScopedPointer 的结构

ReferencedType* Reference - 裸指针

4.2 TScopedPointer 的关键方法

代码语言：txt
复制
TScopedPointer(ReferencedType* InReference = nullptr)
TScopedPointer(const TScopedPointer& InCopy)

拷贝构造时, 使用new创建新的对象, InCopy 与与 this 指向不同的对象指向不同的对象.

代码语言：txt
复制
~TScopedPointer()
ReferencedType* GetOwnedPointer() const
获取裸指针

ReferencedType* Release()
释放该指针, 并返回裸指针. 调用后TScopedPointer不再负责该指针的销毁.

5. TAutoPtr - 无副本自释放指针

与TScopedPointer功能一致, 唯一的区是构造时别不会new新的对象.

5.1 TAutoPtr 的结构

ReferencedType* Reference - 裸指针

5.2TAutoPtr 的关键方法

TAutoPtr(ReferencedType* InReference = nullptr)

~TAutoPtr()

6. TUniquePtr - 唯一指针

仿照std::unique_ptr写的指针, 具有唯一性, 不支持拷贝, 只支持移动.

私有继承自Deleter, 通过static_cast<Deleter&>(*this)执行销毁操作.

6.1 TUniquePtr 的结构

T* Ptr - 裸指针

6.2 TUniquePtr 的关键方法

代码语言：txt
复制
private TUniquePtr(const TUniquePtr&) - 禁止拷贝
代码语言：txt
复制
private UniquePtr& operator=(const TUniquePtr&) - 禁止拷贝
TUniquePtr(TUniquePtr&& Other)
使用右值构造, 构造后Other的指针被置空.

TUniquePtr& operator=(TUniquePtr&& Other)
使用右值赋值, 赋值后Other的指针被置空, this 原来指向的对象被销毁原来指向的对象被销毁.

~TUniquePtr()
T* Release()
释放该指针, 并返回裸指针. 调用后TUniquePtr不再负责该指针的销毁.

7. FWeakObjectPtr - 针对UObject的弱指针

代码语言：txt
复制
支持指向UObject的弱指针, 本身并不包含裸指针, 通过UObject的Index来指向对象.

7.1 FWeakObjectPtr 的结构

代码语言：txt
复制
int32 ObjectIndex - 指向UObject的ObjectIndex

int32 ObjectSerialNumber - 指向UObject的ObjectSerialNumber

7.2 FWeakObjectPtr 的关键方法

代码语言：txt
复制
FWeakObjectPtr(const class UObject *Object)
FWeakObjectPtr(const FWeakObjectPtr &Other)
UObject* FWeakObjectPtr::Get(bool bEvenIfPendingKill) const
获取当前指向的UObject
代码语言：txt
复制
UObject* FWeakObjectPtr::GetEvenIfUnreachable() const
获取当前指向的UObject(RF_PendingKill | RF_Unreachable)

UObject* FWeakObjectPtr::Get() const
获取当前指向的UObject(非RF_PendingKill )

void Reset()
重置ObjectIndex及ObjectSerialNumber

8. TSharedFromThis

代码语言：txt
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 为派生自TSharedFromThis的对象提供AsShared方法, 无论何时调用均可获得相同FReferenceControllerBase的智能指针.

8.1 TSharedFromThis 的结构

代码语言：txt
复制
 mutable TWeakPtr< ObjectType, Mode > WeakThis - 指向this的弱指针

8.2 TSharedFromThis 的关键方法

代码语言：txt
复制
TSharedRef< ObjectType, Mode > AsShared()
将WeakThis转换成TSharedPtr并返回

void UpdateWeakReferenceInternal( TSharedPtr< SharedPtrType, Mode > const* InSharedPtr, OtherType* InObject ) const
在该对象第一次转化成TSharedPtr或TSharedRef时通过EnableSharedFromThis触发, 创建WeakThis弱指针.

原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。

如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

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  • 什么是智能指针
  • 使用智能指针
    • 0. 总述
      • 0.1. FReferenceControllerBase - 引用计数器
        • 0.2. TSharedPtr - 共享指针
          • 0.3. TSharedRef - 共享引用
            • 0.4. TWeakPtr - 弱指针
              • 0.5. TScopedPointer - 自释放指针
                • 0.6. TAutoPtr - 无副本自释放指针
                  • 0.7.TUniquePtr - 唯一指针
                    • 0.8. FWeakObjectPtr - UObject 弱指针
                      • 0.9 TSharedFromThis
                        • 1. TSharedPtr - 共享指针
                          • 1.1 TSharedPtr
                            • 1.1.1 TSharedPtr 的结构
                              • 1.1.2 TSharedPtr 的关键方法
                                • 1.2 SharedPointerInternals::FSharedReferencer
                                  • 1.2.1 SharedPointerInternals::FSharedReferencer 的结构
                                    • 1.2.2 SharedPointerInternals::FSharedReferencer 的关键方法
                                      • 1.3. FReferenceControllerBase
                                        • 1.3.1 FReferenceControllerBase 的结构
                                          • 1.3.2 FReferenceControllerBase 的关键方法
                                            • 1.4. TReferenceControllerWithDeleter
                                              • 1.4.1 TReferenceControllerWithDeleter 的结构
                                                • 1.4.2 TReferenceControllerWithDeleter 的关键方法
                                                  • 1. 5 使用TSharedPtr
                                                    • 1.5.1 创建新的 TSharedPtr
                                                      • 1.5.2 复制复制 TSharedPtr
                                                        • 1.5.2.1 使用左值使用 TSharedPtr
                                                          • 1.5.2.2 使用右值构造 TSharedPtr
                                                            • 1.5.2.3 使用左值赋值TSharedPtr
                                                              • 1.5.2.3 使用右值赋值 TSharedPtr
                                                                • 2. TSharedRef - 共享引用
                                                                  • 2.1 TSharedRef 的结构
                                                                    • 2.2 TSharedRef 的关键方法
                                                                      • 详见1.1.
                                                                    • 3. TWeakPtr - 弱指针
                                                                      • 3.1 TWeakPtr
                                                                        • 3.1.1 TWeakPtr 的结构
                                                                          • 3.1.2 TWeakPtr 的关键方法
                                                                            • 3.2 FWeakReferencer
                                                                              • 3.2.1 FWeakReferencer 的结构
                                                                                • 3.2.2 FWeakReferencer 的关键方法
                                                                                  • 4. TScopedPointer - 自释放指针
                                                                                    • 4.1 TScopedPointer 的结构
                                                                                      • 4.2 TScopedPointer 的关键方法
                                                                                        • 5. TAutoPtr - 无副本自释放指针
                                                                                          • 5.1 TAutoPtr 的结构
                                                                                            • 5.2TAutoPtr 的关键方法
                                                                                              • 6. TUniquePtr - 唯一指针
                                                                                                • 6.1 TUniquePtr 的结构
                                                                                                  • 6.2 TUniquePtr 的关键方法
                                                                                                    • 7. FWeakObjectPtr - 针对UObject的弱指针
                                                                                                      • 7.1 FWeakObjectPtr 的结构
                                                                                                        • 7.2 FWeakObjectPtr 的关键方法
                                                                                                          • 8. TSharedFromThis
                                                                                                            • 8.1 TSharedFromThis 的结构
                                                                                                              • 8.2 TSharedFromThis 的关键方法
                                                                                                              相关产品与服务
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