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本篇內(nèi)容介紹了“C++11智能指針的具體使用方法”的有關(guān)知識(shí),在實(shí)際案例的操作過程中,不少人都會(huì)遇到這樣的困境,接下來(lái)就讓小編帶領(lǐng)大家學(xué)習(xí)一下如何處理這些情況吧!希望大家仔細(xì)閱讀,能夠?qū)W有所成!
智能指針的原理
RAII
智能指針的原理
auto_ptr
1.auto_ptr的使用及問題
unique_ptr
shared_ptr
shared_ptr的循環(huán)引用
RAII(Resource Acquisition Is Initialization)是一種利用對(duì)象生命周期來(lái)控制程序資源(如內(nèi)存、文件句柄、網(wǎng)絡(luò)連接、互斥量等等)的簡(jiǎn)單技術(shù)。
在對(duì)象構(gòu)造時(shí)獲取資源,接著控制對(duì)資源的訪問使之在對(duì)象的生命周期內(nèi)始終保持有效,最后在對(duì)象析構(gòu)的時(shí)候釋放資源。 借此,我們實(shí)際上把管理一份資源的責(zé)任托管給了一個(gè)對(duì)象。這種做法有兩大好處:
不需要顯式地釋放資源。
采用這種方式,對(duì)象所需的資源在其生命期內(nèi)始終保持有效。
我們使用RAII的思想設(shè)計(jì)SmartPtr類:
template <class T> class SmartPtr { public: SmartPtr(T* ptr) :_ptr(ptr) {} ~SmartPtr() { if (_ptr) { delete _ptr; _ptr = nullptr; } } private: T* _ptr; };
上述的SmartPtr還不能將其稱為智能指針,因?yàn)樗€不具有指針的行為。指針可以解引用,也可以通過->去訪問所指空間中的內(nèi)容 ,因此:SmartPtr模板類中還得需要將* 、->重載下,才可讓其像指針一樣去使用。
template <class T> class SmartPtr { public: SmartPtr(T* ptr) :_ptr(ptr) {} T& operator*() { return *_ptr; } T* operator->() { return _ptr; } ~SmartPtr() { if (_ptr) { delete _ptr; _ptr = nullptr; } } private: T* _ptr; };
智能指針使用:
總結(jié)智能指針的原理:
RAII特性
重載operator*和opertaor->,具有像指針一樣的行為。
auto_ptr的頭文件#include<memory>
auto_ptr的使用:
為什么此時(shí)訪問sp的成員時(shí)會(huì)報(bào)錯(cuò)呢?我們來(lái)看看它們的地址。
我們發(fā)現(xiàn)在拷貝構(gòu)造之后,sp管理的地址為空,而sp1管理的地址是之前sp所管理的地址,管理權(quán)發(fā)生了轉(zhuǎn)移。那么上面所說(shuō)的報(bào)錯(cuò)也很容易想通,因?yàn)閟p管理的地址為空,不能進(jìn)行訪問。
auto_ptr的問題:當(dāng)對(duì)象拷貝或者賦值后,管理權(quán)進(jìn)行轉(zhuǎn)移,造成前面的對(duì)象懸空。auto_ptr問題是非常明顯的,所以實(shí)際中很多公司明確規(guī)定了不能使用auto_ptr。
auto_ptr的實(shí)現(xiàn)原理:管理權(quán)轉(zhuǎn)移的思想,下面簡(jiǎn)化模擬實(shí)現(xiàn)了一份AutoPtr來(lái)了解它的原理:
template<class T> class AutoPtr { public: AutoPtr(T* ptr) :_ptr(ptr) {} //拷貝:管理權(quán)轉(zhuǎn)移 AutoPtr(AutoPtr<T> &sp) :_ptr(sp._ptr) { sp._ptr = nullptr; } //賦值:管理權(quán)轉(zhuǎn)移 AutoPtr& operator=(AutoPtr<T> &sp) { if (this != &sp) { if (_ptr) delete _ptr; _ptr = sp._ptr; sp._ptr = nullptr; } return *this; } ~AutoPtr() { if (_ptr) { delete _ptr; _ptr = nullptr; } } T* operator->() { return _ptr; } T& operator*() { return *_ptr; } private: T* _ptr; };
為了解決拷貝或者賦值時(shí)管理權(quán)轉(zhuǎn)移的問題,出現(xiàn)了unique_ptr。
unique_ptr解決問題的方式非常粗暴:防拷貝,也就是不讓賦值和拷貝
unique_ptr的使用:
unique_ptr的實(shí)現(xiàn)原理:簡(jiǎn)單粗暴的防拷貝,下面簡(jiǎn)化模擬實(shí)現(xiàn)了一份UniquePtr來(lái)了解它的原理:
template<class T> class UniquePtr { public: UniquePtr(T* ptr) :_ptr(ptr) {} // C++11防拷貝的方式:delete UniquePtr(const UniquePtr<T> &) = delete; UniquePtr& operator=(const UniquePtr<T>&) = delete; T* operator->() { return _ptr; } T& operator*() { return *_ptr; } ~UniquePtr() { if (_ptr) { delete _ptr; _ptr = nullptr; } } private: //C++98防拷貝的方式:只聲明不實(shí)現(xiàn)+聲明成私有 //UniquePtr(UniquePtr<T> const &); //UniquePtr& operator=(UniquePtr<T> const &); T* _ptr; };
c++11中提供更靠譜的并且支持拷貝的shared_ptr
shared_ptr的使用
shared_ptr中拷貝與賦值都是沒有問題的。
shared_ptr的原理
shared_ptr的原理:是通過引用計(jì)數(shù)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)shared_ptr對(duì)象之間共享資源。shared_ptr在其內(nèi)部,給每個(gè)資源都維護(hù)了著一份計(jì)數(shù),用來(lái)記錄該份資源被幾個(gè)對(duì)象共享。
在對(duì)象被銷毀時(shí)(也就是析構(gòu)函數(shù)調(diào)用),就說(shuō)明自己不使用該資源了,對(duì)象的引用計(jì)數(shù)減一。
如果引用計(jì)數(shù)是0,就說(shuō)明自己是最后一個(gè)使用該資源的對(duì)象,必須釋放該資源;
如果不是0,就說(shuō)明除了自己還有其他對(duì)象在使用該份資源,不能釋放該資源,否則其他對(duì)象就成野指針了。
shared_ptr中成員函數(shù):use_count(對(duì)象數(shù)據(jù)的引用計(jì)數(shù))
示例:
示例詳解:
利用引用計(jì)數(shù)簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)SharedPtr,了解原理:
template<class T> class SharedPtr { public: SharedPtr(T* ptr) :_ptr(ptr) ,_count(new int(1)) {} SharedPtr(const SharedPtr<T> &sp) :_ptr(sp._ptr) ,_count(sp._count) { //計(jì)數(shù)器累加 ++(*_count); } SharedPtr& operator=(const SharedPtr<T> &sp) { //判斷管理的是否是同一份資源 if (_ptr != sp._ptr) { //計(jì)數(shù)-1,判斷之前管理的資源是否需要釋放 if ((--(*_count)) == 0) { delete _ptr; delete _count; } _ptr = sp._ptr; _count = sp._count; //計(jì)數(shù)器累加 ++(*_count); } return *this; } T* operator->() { return _ptr; } T& operator*() { return *_ptr; } ~SharedPtr() { if (--(*_count) == 0) { delete _ptr; delete _count; _ptr = nullptr; _count = nullptr; } } private: T* _ptr; int* _count;//給每份資源開辟一個(gè)計(jì)數(shù)器 };
但是還存在一個(gè)線程安全的問題:
智能指針對(duì)象中引用計(jì)數(shù)是多個(gè)智能指針對(duì)象共享的,兩個(gè)線程中智能指針的引用計(jì)數(shù)同時(shí)++或–,這個(gè)操作不是原子的,引用計(jì)數(shù)原來(lái)是1,++了兩次,可能還是2。這樣引用計(jì)數(shù)就錯(cuò)亂了。會(huì)導(dǎo)致資源未釋放或者程序崩潰的問題。所以只能指針中引用計(jì)數(shù)++、- -是需要加鎖的,也就是說(shuō)引用計(jì)數(shù)的操作是線程安全的。
智能指針管理的對(duì)象存放在堆上,兩個(gè)線程中同時(shí)去訪問,會(huì)導(dǎo)致線程安全問題。
這里我們通過加鎖來(lái)解決線程安全問題:
template<class T> class SharedPtr { public: SharedPtr(T* ptr) :_ptr(ptr) ,_count(new int(1)) ,_mutex(new mutex) {} SharedPtr(const SharedPtr<T> &sp) :_ptr(sp._ptr) ,_count(sp._count) ,_mutex(sp._mutex) { //計(jì)數(shù)器累加 AddCount(); } SharedPtr& operator=(const SharedPtr<T> &sp) { //判斷管理的是否是同一份資源 if (_ptr != sp._ptr) { //計(jì)數(shù)-1,判斷之前管理的資源是否需要釋放 if (SubCount() == 0) { delete _ptr; delete _count; delete _mutex; } _ptr = sp._ptr; _count = sp._count; _mutex = sp._mutex; //計(jì)數(shù)器累加 AddCount(); } return *this; } //線程安全的累加器 int AddCount() { //加鎖 _mutex->lock(); ++(*_count); _mutex->unlock(); return *_count; } int SubCount() { _mutex->lock(); --(*_count); _mutex->unlock(); return *_count; } T* operator->() { return _ptr; } T& operator*() { return *_ptr; } ~SharedPtr() { if (SubCount() == 0) { delete _ptr; delete _count; delete _mutex; _ptr = nullptr; _count = nullptr; _mutex = nullptr; } } private: T* _ptr; int* _count;//給每份資源開辟一個(gè)計(jì)數(shù)器 mutex* _mutex; //每一份資源有一個(gè)獨(dú)立的鎖 };
循環(huán)引用的場(chǎng)景:
struct ListNode { int _data; shared_ptr<ListNode> _prev; shared_ptr<ListNode> _next; ~ListNode() { cout << "~ListNode()" << endl; } }; void test() { shared_ptr<ListNode> node1(new ListNode); shared_ptr<ListNode> node2(new ListNode); node1->_next = node2; node2->_prev = node1; }
node1和node2兩個(gè)智能指針對(duì)象指向兩個(gè)節(jié)點(diǎn),兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的引用計(jì)數(shù)都是1。node1->next指向node2,node2->prev指向node1,兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的引用計(jì)數(shù)都變成2。程序運(yùn)行完之后,析構(gòu)node1和node2,node1和node2所指向的節(jié)點(diǎn)引用計(jì)數(shù)分別減1,但是node1->next指向下面節(jié)點(diǎn),node2->prev指向上面節(jié)點(diǎn),此時(shí),兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的引用計(jì)數(shù)都為1,所以兩個(gè)節(jié)點(diǎn)不能析構(gòu)。
引用計(jì)數(shù)為0時(shí),如果要析構(gòu)node1節(jié)點(diǎn),就先要去析構(gòu)node1中的自定義結(jié)構(gòu),然后再析構(gòu)node1。也就是說(shuō)node1->next析構(gòu)了,node2就釋放了;node2->prev析構(gòu)了,node1就釋放了。但是_next屬于node的成員,node1釋放了,_next才會(huì)析構(gòu),而node1由_prev管理,_prev屬于node2成員,所以這就叫循環(huán)引用,誰(shuí)也不會(huì)釋放。
解決方案:
在引用計(jì)數(shù)的場(chǎng)景下,把節(jié)點(diǎn)中的_prev和_next改成weak_ptr就可以了
原理就是,node1->_next = node2和node2->_prev = node1時(shí)weak_ptr的_next和_prev不會(huì)增加node1和node2的引用計(jì)數(shù)。
weak_ptr最大作用就是解決shared_ptr的循環(huán)引用
struct ListNode { int _data; weak_ptr<ListNode> _prev; weak_ptr<ListNode> _next; ~ListNode() { cout << "~ListNode()" << endl; } }; void test() { shared_ptr<ListNode> node1(new ListNode); shared_ptr<ListNode> node2(new ListNode); node1->_next = node2; node2->_prev = node1; }
注意:
weak_ptr不能單獨(dú)使用,可以用shared_ptr創(chuàng)建
//weak_ptr錯(cuò)誤使用 weak_ptr<ListNode> node1(new ListNode); //weak_ptr正確使用 shared_ptr<ListNode> node2(new ListNode); weak_ptr<ListNode> node3(node2);
“C++11智能指針的具體使用方法”的內(nèi)容就介紹到這里了,感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業(yè)相關(guān)的知識(shí)可以關(guān)注億速云網(wǎng)站,小編將為大家輸出更多高質(zhì)量的實(shí)用文章!
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