c++智能指針介紹

由于 C++ 語言沒有自動(dòng)內(nèi)存回收機(jī)制，程序員每次 new 出來的內(nèi)存都要手動(dòng) delete，比如流程太復(fù)雜，最終導(dǎo)致沒有 delete，異常導(dǎo)致程序過早退出，沒有執(zhí)行 delete 的情況并不罕見，并造成內(nèi)存泄露。如此c++引入 智能指針 ，智能指針即是C++ RAII的一種應(yīng)用，可用于動(dòng)態(tài)資源管理，資源即對象的管理策略。 智能指針在 <memory>標(biāo)頭文件的 std 命名空間中定義。 它們對 RAII 或 獲取資源即初始化 編程慣用法至關(guān)重要。 RAII 的主要原則是為所有堆分配資源提供所有權(quán)，例如動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存或系統(tǒng)對象句柄、析構(gòu)函數(shù)包含要?jiǎng)h除或釋放資源的代碼的堆棧分配對象，以及任何相關(guān)清理代碼。

c++智能指針類別

c++ 智能指針主要包括：unique_ptr,shared_ptr, weak_ptr, 這三種，其中auto_ptr 已被遺棄。

unique_ptr

只允許基礎(chǔ)指針的一個(gè)所有者。 可以移到新所有者(具有移動(dòng)語義)，但不會復(fù)制或共享（即我們無法得到指向同一個(gè)對象的兩個(gè)unique_ptr）。 替換已棄用的 auto_ptr。 相較于 boost::scoped_ptr。 unique_ptr 小巧高效；大小等同于一個(gè)指針，支持 rvalue 引用，從而可實(shí)現(xiàn)快速插入和對 STL 集合的檢索。 頭文件：<memory>。

使用unique_ptr，可以實(shí)現(xiàn)以下功能：

1、為動(dòng)態(tài)申請的內(nèi)存提供異常安全。
2、將動(dòng)態(tài)申請內(nèi)存的所有權(quán)傳遞給某個(gè)函數(shù)。
3、從某個(gè)函數(shù)返回動(dòng)態(tài)申請內(nèi)存的所有權(quán)。
4、在容器中保存指針。
5、所有auto_ptr應(yīng)該具有的（但無法在C++ 03中實(shí)現(xiàn)的）功能。

如下代碼所示：

class A;// 如果程序執(zhí)行過程中拋出了異常，unique_ptr就會釋放它所指向的對象// 傳統(tǒng)的new 則不行unique_ptr<A> fun1(){ unique_ptr p(new A); //do something return p;}void fun2(){  // unique_ptr具有移動(dòng)語義 unique_ptr<A> p = f();// 使用移動(dòng)構(gòu)造函數(shù) // do something}// 在函數(shù)退出的時(shí)候，p以及它所指向的對象都被刪除釋放 shared_ptr 

采用引用計(jì)數(shù)的智能指針。 shared_ptr基于“引用計(jì)數(shù)”模型實(shí)現(xiàn)，多個(gè)shared_ptr可指向同一個(gè)動(dòng)態(tài)對象，并維護(hù)了一個(gè)共享的引用計(jì)數(shù)器，記錄了引用同一對象的shared_ptr實(shí)例的數(shù)量。當(dāng)最后一個(gè)指向動(dòng)態(tài)對象的shared_ptr銷毀時(shí)，會自動(dòng)銷毀其所指對象(通過delete操作符)。shared_ptr的默認(rèn)能力是管理動(dòng)態(tài)內(nèi)存，但支持自定義的Deleter以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的資源釋放動(dòng)作。頭文件：<memory>。

基本操作：shared_ptr的創(chuàng)建、拷貝、綁定對象的變更(reset)、shared_ptr的銷毀(手動(dòng)賦值為nullptr或離開作用域)、指定deleter等操作。

shared_ptr的創(chuàng)建,有兩種方式，

一，使用函數(shù)make_shared(會根據(jù)傳遞的參數(shù)調(diào)用動(dòng)態(tài)對象的構(gòu)造函數(shù))；

二，使用構(gòu)造函數(shù)(可從原生指針、unique_ptr、另一個(gè)shared_ptr創(chuàng)建)

shared_ptr<int> p1 = make_shared<int>(1);// 通過make_shared函數(shù)

shared_ptr<int> p2(new int(2));// 通過原生指針構(gòu)造此外智能指針若為“空“，即不指向任何對象，則為false，否則為true，可作為條件判斷。可以通過兩種方式指定deleter，一是構(gòu)造shared_ptr時(shí)，二是使用reset方法時(shí)?？梢灾剌d的operator->, operator *，以及其他輔助操作如unique()、use_count(), get()等成員方法。

weak_ptr

結(jié)合 shared_ptr 使用的特例智能指針。 weak_ptr 提供對一個(gè)或多個(gè) shared_ptr 實(shí)例所屬對象的訪問，但是，不參與引用計(jì)數(shù)。 如果您想要觀察對象但不需要其保持活動(dòng)狀態(tài)，請使用該實(shí)例。 在某些情況下需要斷開 shared_ptr 實(shí)例間的循環(huán)引用。 頭文件：<memory>。

weak_ptr的用法如下：

weak_ptr用于配合shared_ptr使用，并不影響動(dòng)態(tài)對象的生命周期，即其存在與否并不影響對象的引用計(jì)數(shù)器。weak_ptr并沒有重載operator->和operator *操作符，因此不可直接通過weak_ptr使用對象。提供了expired()與lock()成員函數(shù)，前者用于判斷weak_ptr指向的對象是否已被銷毀，后者返回其所指對象的shared_ptr智能指針(對象銷毀時(shí)返回”空“shared_ptr)。循環(huán)引用的場景：如二叉樹中父節(jié)點(diǎn)與子節(jié)點(diǎn)的循環(huán)引用，容器與元素之間的循環(huán)引用等。

智能指針的循環(huán)引用

循環(huán)引用問題可以參考 這個(gè)鏈接 上的問題理解，“循環(huán)引用”簡單來說就是：兩個(gè)對象互相使用一個(gè)shared_ptr成員變量指向?qū)Ψ降臅斐裳h(huán)引用。導(dǎo)致引用計(jì)數(shù)失效。下面給段代碼來說明循環(huán)引用：

#include <iostream>#include <memory>using namespace std;class B;class A{public:// 為了省去一些步驟這里 數(shù)據(jù)成員也聲明為public //weak_ptr<B> pb; shared_ptr<B> pb; void doSomthing() {// if(pb.lock())// {//// } } ~A() { cout << "kill A/n"; }};class B{public: //weak_ptr<A> pa; shared_ptr<A> pa; ~B() { cout <<"kill B/n"; }};int main(int argc, char** argv){ shared_ptr<A> sa(new A()); shared_ptr<B> sb(new B()); if(sa && sb) { sa->pb=sb; sb->pa=sa; } cout<<"sa use count:"<<sa.use_count()<<endl; return 0;}

上面的代碼運(yùn)行結(jié)果為：sa use count:2， 注意此時(shí)sa,sb都沒有釋放，產(chǎn)生了內(nèi)存泄露問題?。?！

即A內(nèi)部有指向B，B內(nèi)部有指向A，這樣對于A，B必定是在A析構(gòu)后B才析構(gòu)，對于B，A必定是在B析構(gòu)后才析構(gòu)A，這就是循環(huán)引用問題，違反常規(guī)，導(dǎo)致內(nèi)存泄露。

一般來講，解除這種循環(huán)引用有下面有三種可行的方法( 參考 )：

1 . 當(dāng)只剩下最后一個(gè)引用的時(shí)候需要手動(dòng)打破循環(huán)引用釋放對象。

2 . 當(dāng)A的生存期超過B的生存期的時(shí)候，B改為使用一個(gè)普通指針指向A。

3 . 使用弱引用的智能指針打破這種循環(huán)引用。

雖然這三種方法都可行，但方法1和方法2都需要程序員手動(dòng)控制，麻煩且容易出錯(cuò)。我們一般使用第三種方法：弱引用的智能指針weak_ptr。

強(qiáng)引用和弱引用

一個(gè)強(qiáng)引用當(dāng)被引用的對象活著的話，這個(gè)引用也存在（就是說，當(dāng)至少有一個(gè)強(qiáng)引用，那么這個(gè)對象就不能被釋放）。share_ptr就是強(qiáng)引用。相對而言，弱引用當(dāng)引用的對象活著的時(shí)候不一定存在。僅僅是當(dāng)它存在的時(shí)候的一個(gè)引用。弱引用并不修改該對象的引用計(jì)數(shù)，這意味這弱引用它并不對對象的內(nèi)存進(jìn)行管理，在功能上類似于普通指針，然而一個(gè)比較大的區(qū)別是，弱引用能檢測到所管理的對象是否已經(jīng)被釋放，從而避免訪問非法內(nèi)存。

使用weak_ptr來打破循環(huán)引用

代碼如下：

#include <iostream>#include <memory>using namespace std;class B;class A{public:// 為了省去一些步驟這里 數(shù)據(jù)成員也聲明為public weak_ptr<B> pb; //shared_ptr<B> pb; void doSomthing() { if(pb.lock()) { } } ~A() { cout << "kill A/n"; }};class B{public: //weak_ptr<A> pa; shared_ptr<A> pa; ~B() { cout <<"kill B/n"; }};int main(int argc, char** argv){ shared_ptr<A> sa(new A()); shared_ptr<B> sb(new B()); if(sa && sb) { sa->pb=sb; sb->pa=sa; } cout<<"sb use count:"<<sb.use_count()<<endl; return 0;}

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