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转载自:https://www.cnblogs.com/WindSun/p/11444429.html 前言C++里面的四个智能指针: auto_ptr, unique_ptr,shared_ptr, weak_ptr 其中后三个是C++11支持,并且第一个已经被C++11弃用。 C++11智能指针介绍智能指针主要用于管理在堆上分配的内存,它将普通的指针封装为一个栈对象。当栈对象的生存周期结束后,会在析构函数中释放掉申请的内存,从而防止内存泄漏。C++ 11中最常用的智能指针类型为shared_ptr,它采用引用计数的方法,记录当前内存资源被多少个智能指针引用。该引用计数的内存在堆上分配。当新增一个时引用计数加1,当过期时引用计数减一。只有引用计数为0时,智能指针才会自动释放引用的内存资源。对shared_ptr进行初始化时不能将一个普通指针直接赋值给智能指针,因为一个是指针,一个是类。可以通过make_shared函数或者通过构造函数传入普通指针。并可以通过get函数获得普通指针。 为什么要使用智能指针智能指针的作用是管理一个指针,因为存在以下这种情况:申请的空间在函数结束时忘记释放,造成内存泄漏。使用智能指针可以很大程度上的避免这个问题,因为智能指针是一个类,当超出了类的实例对象的作用域时,会自动调用对象的析构函数,析构函数会自动释放资源。所以智能指针的作用原理就是在函数结束时自动释放内存空间,不需要手动释放内存空间。 auto_ptr(C++98的方案,C++11已经抛弃)采用所有权模式。 1 auto_ptr<string> p1 (new string ("I reigned lonely as a cloud.")); 2 auto_ptr<string> p2; 3 p2 = p1; //auto_ptr不会报错. 此时不会报错,p2剥夺了p1的所有权,但是当程序运行时访问p1将会报错。所以auto_ptr的缺点是:存在潜在的内存崩溃问题! unique_ptr(替换auto_ptr)unique_ptr实现独占式拥有或严格拥有概念,保证同一时间内只有一个智能指针可以指向该对象。它对于避免资源泄露(例如“以new创建对象后因为发生异常而忘记调用delete”)特别有用。 采用所有权模式,还是上面那个例子 1 unique_ptr<string> p3 (new string ("auto")); //#4 2 unique_ptr<string> p4; //#5 3 p4 = p3;//此时会报错!! 编译器认为p4=p3非法,避免了p3不再指向有效数据的问题。尝试复制p3时会编译期出错,而auto_ptr能通过编译期从而在运行期埋下出错的隐患。因此,unique_ptr比auto_ptr更安全。 另外unique_ptr还有更聪明的地方:当程序试图将一个 unique_ptr 赋值给另一个时,如果源 unique_ptr 是个临时右值,编译器允许这么做;如果源 unique_ptr 将存在一段时间,编译器将禁止这么做,比如: 1 unique_ptr<string> pu1(new string ("hello world")); 2 unique_ptr<string> pu2; 3 pu2 = pu1; // #1 不允许 4 unique_ptr<string> pu3; 5 pu3 = unique_ptr<string>(new string ("You")); // #2 允许 其中#1留下悬挂的unique_ptr(pu1),这可能导致危害。而#2不会留下悬挂的unique_ptr,因为它调用 unique_ptr 的构造函数,该构造函数创建的临时对象在其所有权让给 pu3 后就会被销毁。这种随情况而已的行为表明,unique_ptr 优于允许两种赋值的auto_ptr 。 注:如果确实想执行类似与#1的操作,要安全的重用这种指针,可给它赋新值。C++有一个标准库函数std::move(),让你能够将一个unique_ptr赋给另一个。尽管转移所有权后 还是有可能出现原有指针调用(调用就崩溃)的情况。但是这个语法能强调你是在转移所有权,让你清晰的知道自己在做什么,从而不乱调用原有指针。 (额外:boost库的boost::scoped_ptr也是一个独占性智能指针,但是它不允许转移所有权,从始而终都只对一个资源负责,它更安全谨慎,但是应用的范围也更狭窄。) 例如: cpp
shared_ptrshared_ptr实现共享式拥有概念。多个智能指针可以指向相同对象,该对象和其相关资源会在“最后一个引用被销毁”时候释放。从名字share就可以看出了资源可以被多个指针共享,它使用计数机制来表明资源被几个指针共享。可以通过成员函数use_count()来查看资源的所有者个数。除了可以通过new来构造,还可以通过传入auto_ptr, unique_ptr,weak_ptr来构造。当我们调用release()时,当前指针会释放资源所有权,计数减一。当计数等于0时,资源会被释放。 shared_ptr 是为了解决 auto_ptr 在对象所有权上的局限性(auto_ptr 是独占的), 在使用引用计数的机制上提供了可以共享所有权的智能指针。 成员函数: use_count 返回引用计数的个数 unique 返回是否是独占所有权( use_count 为 1) swap 交换两个 shared_ptr 对象(即交换所拥有的对象) reset 放弃内部对象的所有权或拥有对象的变更, 会引起原有对象的引用计数的减少 get 返回内部对象(指针), 由于已经重载了()方法, 因此和直接使用对象是一样的.如
sp 与 sp.get()是等价的。 share_ptr的简单例子: 1 int main() 2 { 3 string *s1 = new string("s1"); 4 5 shared_ptr<string> ps1(s1); 6 shared_ptr<string> ps2; 7 ps2 = ps1; 8 9 cout << ps1.use_count()<<endl; //2 10 cout<<ps2.use_count()<<endl; //2 11 cout << ps1.unique()<<endl; //0 12 13 string *s3 = new string("s3"); 14 shared_ptr<string> ps3(s3); 15 16 cout << (ps1.get()) << endl; //033AEB48 17 cout << ps3.get() << endl; //033B2C50 18 swap(ps1, ps3); //交换所拥有的对象 19 cout << (ps1.get())<<endl; //033B2C50 20 cout << ps3.get() << endl; //033AEB48 21 22 cout << ps1.use_count()<<endl; //1 23 cout << ps2.use_count() << endl; //2 24 ps2 = ps1; 25 cout << ps1.use_count()<<endl; //2 26 cout << ps2.use_count() << endl; //2 27 ps1.reset(); //放弃ps1的拥有权,引用计数的减少 28 cout << ps1.use_count()<<endl; //0 29 cout << ps2.use_count()<<endl; //1 30 } weak_ptrshare_ptr虽然已经很好用了,但是有一点share_ptr智能指针还是有内存泄露的情况,当两个对象相互使用一个shared_ptr成员变量指向对方,会造成循环引用,使引用计数失效,从而导致内存泄漏。 weak_ptr 是一种不控制对象生命周期的智能指针, 它指向一个 shared_ptr 管理的对象. 进行该对象的内存管理的是那个强引用的shared_ptr, weak_ptr只是提供了对管理对象的一个访问手段。weak_ptr 设计的目的是为配合 shared_ptr 而引入的一种智能指针来协助 shared_ptr 工作, 它只可以从一个 shared_ptr 或另一个 weak_ptr 对象构造, 它的构造和析构不会引起引用记数的增加或减少。weak_ptr是用来解决shared_ptr相互引用时的死锁问题,如果说两个shared_ptr相互引用,那么这两个指针的引用计数永远不可能下降为0,资源永远不会释放。它是对对象的一种弱引用,不会增加对象的引用计数,和shared_ptr之间可以相互转化,shared_ptr可以直接赋值给它,它可以通过调用lock函数来获得shared_ptr。 1 class B; //声明 2 class A 3 { 4 public: 5 shared_ptr<B> pb_; 6 ~A() 7 { 8 cout << "A delete\n"; 9 } 10 }; 11 12 class B 13 { 14 public: 15 shared_ptr<A> pa_; 16 ~B() 17 { 18 cout << "B delete\n"; 19 } 20 }; 21 22 void fun() 23 { 24 shared_ptr<B> pb(new B()); 25 shared_ptr<A> pa(new A()); 26 cout << pb.use_count() << endl; //1 27 cout << pa.use_count() << endl; //1 28 pb->pa_ = pa; 29 pa->pb_ = pb; 30 cout << pb.use_count() << endl; //2 31 cout << pa.use_count() << endl; //2 32 } 33 34 int main() 35 { 36 fun(); 37 return 0; 38 } 可以看到fun函数中pa ,pb之间互相引用,两个资源的引用计数为2,当要跳出函数时,智能指针pa,pb析构时两个资源引用计数会减1,但是两者引用计数还是为1,导致跳出函数时资源没有被释放(A、B的析构函数没有被调用)运行结果没有输出析构函数的内容,造成内存泄露。如果把其中一个改为weak_ptr就可以了,我们把类A里面的shared_ptr pb_,改为weak_ptr pb_ ,运行结果如下: cpp
这样的话,资源B的引用开始就只有1,当pb析构时,B的计数变为0,B得到释放,B释放的同时也会使A的计数减1,同时pa析构时使A的计数减1,那么A的计数为0,A得到释放。 注意:我们不能通过weak_ptr直接访问对象的方法,比如B对象中有一个方法print(),我们不能这样访问,pa->pb_->print(),因为pb_是一个weak_ptr,应该先把它转化为shared_ptr,如: 1 shared_ptr<B> p = pa->pb_.lock(); 2 p->print(); weak_ptr 没有重载*和->但可以使用 lock 获得一个可用的 shared_ptr 对象. 注意, weak_ptr 在使用前需要检查合法性. expired 用于检测所管理的对象是否已经释放, 如果已经释放, 返回 true; 否则返回 false. lock 用于获取所管理的对象的强引用(shared_ptr). 如果 expired 为 true, 返回一个空的 shared_ptr; 否则返回一个 shared_ptr, 其内部对象指向与 weak_ptr 相同. use_count 返回与 shared_ptr 共享的对象的引用计数. reset 将 weak_ptr 置空. weak_ptr 支持拷贝或赋值, 但不会影响对应的 shared_ptr 内部对象的计数. share_ptr和weak_ptr的核心实现weakptr的作为弱引用指针,其实现依赖于counter的计数器类和share_ptr的赋值,构造,所以先把counter和share_ptr简单实现 Counter简单实现1 class Counter 2 { 3 public: 4 Counter() : s(0), w(0){}; 5 int s; //share_ptr的引用计数 6 int w; //weak_ptr的引用计数 7 }; counter对象的目地就是用来申请一个块内存来存引用基数,s是share_ptr的引用计数,w是weak_ptr的引用计数,当w为0时,删除Counter对象。 share_ptr的简单实现1 template <class T> 2 class WeakPtr; //为了用weak_ptr的lock(),来生成share_ptr用,需要拷贝构造用 3 4 template <class T> 5 class SharePtr 6 { 7 public: 8 SharePtr(T *p = 0) : _ptr(p) 9 { 10 cnt = new Counter(); 11 if (p) 12 cnt->s = 1; 13 cout << "in construct " << cnt->s << endl; 14 } 15 ~SharePtr() 16 { 17 release(); 18 } 19 20 SharePtr(SharePtr<T> const &s) 21 { 22 cout << "in copy con" << endl; 23 _ptr = s._ptr; 24 (s.cnt)->s++; 25 cout << "copy construct" << (s.cnt)->s << endl; 26 cnt = s.cnt; 27 } 28 SharePtr(WeakPtr<T> const &w) //为了用weak_ptr的lock(),来生成share_ptr用,需要拷贝构造用 29 { 30 cout << "in w copy con " << endl; 31 _ptr = w._ptr; 32 (w.cnt)->s++; 33 cout << "copy w construct" << (w.cnt)->s << endl; 34 cnt = w.cnt; 35 } 36 SharePtr<T> &operator=(SharePtr<T> &s) 37 { 38 if (this != &s) 39 { 40 release(); 41 (s.cnt)->s++; 42 cout << "assign construct " << (s.cnt)->s << endl; 43 cnt = s.cnt; 44 _ptr = s._ptr; 45 } 46 return *this; 47 } 48 T &operator*() 49 { 50 return *_ptr; 51 } 52 T *operator->() 53 { 54 return _ptr; 55 } 56 friend class WeakPtr<T>; //方便weak_ptr与share_ptr设置引用计数和赋值 57 58 protected: 59 void release() 60 { 61 cnt->s--; 62 cout << "release " << cnt->s << endl; 63 if (cnt->s < 1) 64 { 65 delete _ptr; 66 if (cnt->w < 1) 67 { 68 delete cnt; 69 cnt = NULL; 70 } 71 } 72 } 73 74 private: 75 T *_ptr; 76 Counter *cnt; 77 }; share_ptr的给出的函数接口为:构造,拷贝构造,赋值,解引用,通过release来在引用计数为0的时候删除_ptr和cnt的内存。 weak_ptr简单实现1 template <class T> 2 class WeakPtr 3 { 4 public: //给出默认构造和拷贝构造,其中拷贝构造不能有从原始指针进行构造 5 WeakPtr() 6 { 7 _ptr = 0; 8 cnt = 0; 9 } 10 WeakPtr(SharePtr<T> &s) : _ptr(s._ptr), cnt(s.cnt) 11 { 12 cout << "w con s" << endl; 13 cnt->w++; 14 } 15 WeakPtr(WeakPtr<T> &w) : _ptr(w._ptr), cnt(w.cnt) 16 { 17 cnt->w++; 18 } 19 ~WeakPtr() 20 { 21 release(); 22 } 23 WeakPtr<T> &operator=(WeakPtr<T> &w) 24 { 25 if (this != &w) 26 { 27 release(); 28 cnt = w.cnt; 29 cnt->w++; 30 _ptr = w._ptr; 31 } 32 return *this; 33 } 34 WeakPtr<T> &operator=(SharePtr<T> &s) 35 { 36 cout << "w = s" << endl; 37 release(); 38 cnt = s.cnt; 39 cnt->w++; 40 _ptr = s._ptr; 41 return *this; 42 } 43 SharePtr<T> lock() 44 { 45 return SharePtr<T>(*this); 46 } 47 bool expired() 48 { 49 if (cnt) 50 { 51 if (cnt->s > 0) 52 { 53 cout << "empty" << cnt->s << endl; 54 return false; 55 } 56 } 57 return true; 58 } 59 friend class SharePtr<T>; //方便weak_ptr与share_ptr设置引用计数和赋值 60 61 protected: 62 void release() 63 { 64 if (cnt) 65 { 66 cnt->w--; 67 cout << "weakptr release" << cnt->w << endl; 68 if (cnt->w < 1 && cnt->s < 1) 69 { 70 //delete cnt; 71 cnt = NULL; 72 } 73 } 74 } 75 76 private: 77 T *_ptr; 78 Counter *cnt; 79 }; weak_ptr一般通过share_ptr来构造,通过expired函数检查原始指针是否为空,lock来转化为share_ptr。 转载自:https://www.cnblogs.com/WindSun/p/11444429.html 前言C++里面的四个智能指针: auto_ptr, unique_ptr,shared_ptr, weak_ptr 其中后三个是C++11支持,并且第一个已经被C++11弃用。 C++11智能指针介绍智能指针主要用于管理在堆上分配的内存,它将普通的指针封装为一个栈对象。当栈对象的生存周期结束后,会在析构函数中释放掉申请的内存,从而防止内存泄漏。C++ 11中最常用的智能指针类型为shared_ptr,它采用引用计数的方法,记录当前内存资源被多少个智能指针引用。该引用计数的内存在堆上分配。当新增一个时引用计数加1,当过期时引用计数减一。只有引用计数为0时,智能指针才会自动释放引用的内存资源。对shared_ptr进行初始化时不能将一个普通指针直接赋值给智能指针,因为一个是指针,一个是类。可以通过make_shared函数或者通过构造函数传入普通指针。并可以通过get函数获得普通指针。 为什么要使用智能指针智能指针的作用是管理一个指针,因为存在以下这种情况:申请的空间在函数结束时忘记释放,造成内存泄漏。使用智能指针可以很大程度上的避免这个问题,因为智能指针是一个类,当超出了类的实例对象的作用域时,会自动调用对象的析构函数,析构函数会自动释放资源。所以智能指针的作用原理就是在函数结束时自动释放内存空间,不需要手动释放内存空间。 auto_ptr(C++98的方案,C++11已经抛弃)采用所有权模式。 1 auto_ptr<string> p1 (new string ("I reigned lonely as a cloud.")); 2 auto_ptr<string> p2; 3 p2 = p1; //auto_ptr不会报错. 此时不会报错,p2剥夺了p1的所有权,但是当程序运行时访问p1将会报错。所以auto_ptr的缺点是:存在潜在的内存崩溃问题! unique_ptr(替换auto_ptr)unique_ptr实现独占式拥有或严格拥有概念,保证同一时间内只有一个智能指针可以指向该对象。它对于避免资源泄露(例如“以new创建对象后因为发生异常而忘记调用delete”)特别有用。 采用所有权模式,还是上面那个例子 1 unique_ptr<string> p3 (new string ("auto")); //#4 2 unique_ptr<string> p4; //#5 3 p4 = p3;//此时会报错!! 编译器认为p4=p3非法,避免了p3不再指向有效数据的问题。尝试复制p3时会编译期出错,而auto_ptr能通过编译期从而在运行期埋下出错的隐患。因此,unique_ptr比auto_ptr更安全。 另外unique_ptr还有更聪明的地方:当程序试图将一个 unique_ptr 赋值给另一个时,如果源 unique_ptr 是个临时右值,编译器允许这么做;如果源 unique_ptr 将存在一段时间,编译器将禁止这么做,比如: 1 unique_ptr<string> pu1(new string ("hello world")); 2 unique_ptr<string> pu2; 3 pu2 = pu1; // #1 不允许 4 unique_ptr<string> pu3; 5 pu3 = unique_ptr<string>(new string ("You")); // #2 允许 其中#1留下悬挂的unique_ptr(pu1),这可能导致危害。而#2不会留下悬挂的unique_ptr,因为它调用 unique_ptr 的构造函数,该构造函数创建的临时对象在其所有权让给 pu3 后就会被销毁。这种随情况而已的行为表明,unique_ptr 优于允许两种赋值的auto_ptr 。 注:如果确实想执行类似与#1的操作,要安全的重用这种指针,可给它赋新值。C++有一个标准库函数std::move(),让你能够将一个unique_ptr赋给另一个。尽管转移所有权后 还是有可能出现原有指针调用(调用就崩溃)的情况。但是这个语法能强调你是在转移所有权,让你清晰的知道自己在做什么,从而不乱调用原有指针。 (额外:boost库的boost::scoped_ptr也是一个独占性智能指针,但是它不允许转移所有权,从始而终都只对一个资源负责,它更安全谨慎,但是应用的范围也更狭窄。) 例如: cpp
shared_ptrshared_ptr实现共享式拥有概念。多个智能指针可以指向相同对象,该对象和其相关资源会在“最后一个引用被销毁”时候释放。从名字share就可以看出了资源可以被多个指针共享,它使用计数机制来表明资源被几个指针共享。可以通过成员函数use_count()来查看资源的所有者个数。除了可以通过new来构造,还可以通过传入auto_ptr, unique_ptr,weak_ptr来构造。当我们调用release()时,当前指针会释放资源所有权,计数减一。当计数等于0时,资源会被释放。 shared_ptr 是为了解决 auto_ptr 在对象所有权上的局限性(auto_ptr 是独占的), 在使用引用计数的机制上提供了可以共享所有权的智能指针。 成员函数: use_count 返回引用计数的个数 unique 返回是否是独占所有权( use_count 为 1) swap 交换两个 shared_ptr 对象(即交换所拥有的对象) reset 放弃内部对象的所有权或拥有对象的变更, 会引起原有对象的引用计数的减少 get 返回内部对象(指针), 由于已经重载了()方法, 因此和直接使用对象是一样的.如
sp 与 sp.get()是等价的。 share_ptr的简单例子: 1 int main() 2 { 3 string *s1 = new string("s1"); 4 5 shared_ptr<string> ps1(s1); 6 shared_ptr<string> ps2; 7 ps2 = ps1; 8 9 cout << ps1.use_count()<<endl; //2 10 cout<<ps2.use_count()<<endl; //2 11 cout << ps1.unique()<<endl; //0 12 13 string *s3 = new string("s3"); 14 shared_ptr<string> ps3(s3); 15 16 cout << (ps1.get()) << endl; //033AEB48 17 cout << ps3.get() << endl; //033B2C50 18 swap(ps1, ps3); //交换所拥有的对象 19 cout << (ps1.get())<<endl; //033B2C50 20 cout << ps3.get() << endl; //033AEB48 21 22 cout << ps1.use_count()<<endl; //1 23 cout << ps2.use_count() << endl; //2 24 ps2 = ps1; 25 cout << ps1.use_count()<<endl; //2 26 cout << ps2.use_count() << endl; //2 27 ps1.reset(); //放弃ps1的拥有权,引用计数的减少 全部评论
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