• 设为首页
  • 点击收藏
  • 手机版
    手机扫一扫访问
    迪恩网络手机版
  • 关注官方公众号
    微信扫一扫关注
    公众号

详解C++11智能指针详解C++11智能指针

原作者: [db:作者] 来自: [db:来源] 收藏 邀请
 

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
unique_ptr<string> ps1, ps2;
ps1 = demo("hello");
ps2 = move(ps1);
ps1 = demo("alexia");
cout << *ps2 << *ps1 << endl;

shared_ptr

shared_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

shared_ptr<int> sp(new int(1)); 

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_ptr

share_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
1
1
1
2
B delete
A delete

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
unique_ptr<string> ps1, ps2;
ps1 = demo("hello");
ps2 = move(ps1);
ps1 = demo("alexia");
cout << *ps2 << *ps1 << endl;

shared_ptr

shared_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

shared_ptr<int> sp(new int(1)); 

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
 
                       
                    
                    

鲜花

握手

雷人

路过

鸡蛋
该文章已有0人参与评论

请发表评论

全部评论

专题导读
上一篇:
快速排序法的C#实现发布时间:2022-07-13
下一篇:
C#多线程总结发布时间:2022-07-13
热门推荐
阅读排行榜

扫描微信二维码

查看手机版网站

随时了解更新最新资讯

139-2527-9053

在线客服(服务时间 9:00~18:00)

在线QQ客服
地址:深圳市南山区西丽大学城创智工业园
电邮:jeky_zhao#qq.com
移动电话:139-2527-9053

Powered by 互联科技 X3.4© 2001-2213 极客世界.|Sitemap