C++Smart?Pointer智能指針怎么用

這篇文章主要講解了“C++Smart Pointer智能指針怎么用”，文中的講解內(nèi)容簡單清晰，易于學(xué)習(xí)與理解，下面請大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來研究和學(xué)習(xí)“C++Smart Pointer智能指針怎么用”吧！

一、為啥使用智能指針呢

標(biāo)準(zhǔn)庫中的智能指針：
std::auto_ptr    --single ownership  (C++98中出現(xiàn),缺陷較多,被摒棄)
std::unique_ptr  --single ownership  (C++11替代std::auto_ptr,用于單線程)
std::shared_ptr  --shared ownership  (C++11,用于多線程)
std::weak_ptr    --temp/no ownership (C++11)
Introduced in C++ 11
Defined in <memory> header.

首先看一個(gè)下面的栗子，左邊是木有使用智能指針的情況，當(dāng)執(zhí)行foo()函數(shù)，其中的e指針會在bar(e)時(shí)傳入bar函數(shù)，但是在bar函數(shù)結(jié)束后沒有人為delete e時(shí)，就會導(dǎo)致內(nèi)存泄漏；但是在右邊的栗子中，使用了unique_ptr智能指針（single ownership），就能防止內(nèi)存泄漏。

智能指針主要用于管理在堆上分配的內(nèi)存，它將普通的指針封裝為一個(gè)棧對象。當(dāng)棧對象的生存周期結(jié)束后，會在析構(gòu)函數(shù)中釋放掉申請的內(nèi)存，從而防止內(nèi)存泄漏。

• auto_ptr智能指針：（C++11出來前只有這種智能指針）當(dāng)對象拷貝或者賦值后，前面的對象就懸空了。

• unique_ptr智能指針：防止智能指針拷貝和復(fù)制。

• shared_ptr智能指針：通過引用計(jì)數(shù)的方式來實(shí)現(xiàn)多個(gè)shared_ptr對象之間共享資源。

• weak_ptr智能指針：可以從一個(gè)shared_ptr或另一個(gè)weak_ptr對象構(gòu)造，它的構(gòu)造和析構(gòu)不會引起引用記數(shù)的增加或減少。

注意：每一種智能指針都可以增加內(nèi)存的引用計(jì)數(shù)。

• 智能指針分為兩類：

• 一種是可以使用多個(gè)智能指針管理同一塊內(nèi)存區(qū)域，每增加一個(gè)智能指針，就會增加1次引用計(jì)數(shù)，

• 另一類是不能使用多個(gè)智能指針管理同一塊內(nèi)存區(qū)域，通俗來說，當(dāng)智能指針2來管理這一塊內(nèi)存時(shí)，原先管理這一塊內(nèi)存的智能指針1只能釋放對這一塊指針的所有權(quán)（ownership）。

• 按照這個(gè)分類標(biāo)準(zhǔn)，auto_ptr unique_ptr weak_ptr屬于后者，shared_ptr屬于前者。

對shared_ptr進(jìn)行初始化時(shí)不能將一個(gè)普通指針直接賦值給智能指針，因?yàn)橐粋€(gè)是指針，一個(gè)是類?？梢酝ㄟ^make_shared函數(shù)或者通過構(gòu)造函數(shù)傳入普通指針。并可以通過get函數(shù)獲得普通指針。

#include <string>
#include <memory>
using namespace std;
class report
{
private:
    string str;
public:
    report(const string s):str(s) //構(gòu)造方法
    {
        cout<<"1 report Object  has been build!"<<endl;
    }
    ~report()
    {
        cout<<"3 report Object  deleted!"<<endl;
    }
    void talk()
    {
        cout<<str<<endl;
    }
};
int main()
{
    string talk="2 hello,this is a test!";
    {
        auto_ptr<report> ptr(new report(talk));
        ptr->talk();
    }
    {
        shared_ptr<report> ptr(new report(talk));
        ptr->talk();
    }
    {
        unique_ptr<report> ptr(new report(talk));
        ptr->talk();
    }
    return 0;
}

二、shared_ptr智能指針

shared_ptr實(shí)現(xiàn)了共享擁有的概念，利用“引用計(jì)數(shù)”來控制堆上對象的生命周期。

share_ptr的生命周期：

原理：在初始化的時(shí)候引用計(jì)數(shù)設(shè)為1，每當(dāng)被拷貝或者賦值的時(shí)候引用計(jì)數(shù)+1，析構(gòu)的時(shí)候引用計(jì)數(shù)-1，直到引用計(jì)數(shù)被減到0，那么就可以delete掉對象的指針了。他的構(gòu)造方式主要有以下三種：

shared_ptr<Object> ptr;
shared_ptr<Object> ptr(new Object);
shared_ptr<Object> ptr(new Object, [=](Object *){ //回收資源時(shí)調(diào)用的函數(shù) });
auto ptr = make_shared<Object>(args);

• 第一種空構(gòu)造，沒有指定shared_ptr管理的堆上對象的指針，所以引用計(jì)數(shù)為0，后期可以通過reset()成員函數(shù)來指定其管理的堆上對象的指針，reset()之后引用計(jì)數(shù)設(shè)為1。

• 第二種是比較常見的構(gòu)造方式，構(gòu)造函數(shù)里面可以放堆上對象的指針，也可以放其他的智能指針（如weak_ptr）。

• 第三種構(gòu)造方式指定了shared_ptr在析構(gòu)自己所保存的堆上對象的指針時(shí)（即引用計(jì)數(shù)為0時(shí)）所要調(diào)用的函數(shù)，這說明我們可以自定義特定對象的特定析構(gòu)方式。同樣的，reset()成員函數(shù)也可以指定析構(gòu)時(shí)調(diào)用的指定函數(shù)。

• 第四種方法：較常見，構(gòu)造shared_ptr的方式（最安全）：

auto ptr = make_shared<Object>(args);

上面第四種方法，使用標(biāo)準(zhǔn)庫里邊的make_shared<>()模板函數(shù)。該函數(shù)會調(diào)用模板類的構(gòu)造方法，實(shí)例化一個(gè)堆上對象，然后將保存了該對象指針的shared_ptr返回。參數(shù)是該類構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)，所以使用make_shared<>()就好像單純地在構(gòu)造該類對象一樣。auto是C++11的一個(gè)關(guān)鍵字，可以在編譯期間自動推算變量的類型，在這里就是shared_ptr<Object>類型。

shared_ptr的其他成員函數(shù)：

use_count()	//返回引用計(jì)數(shù)的個(gè)數(shù)
unique()	//返回是否是獨(dú)占所有權(quán)(use_count是否為1)
swap()		//交換兩個(gè)shared_ptr對象(即交換所擁有的對象，引用計(jì)數(shù)也隨之交換)
reset()		//放棄內(nèi)部對象的所有權(quán)或擁有對象的變更, 會引起原有對象的引用計(jì)數(shù)的減少

三、unique_ptr智能指針

注意unique_ptr是single ownership的，不能拷貝。其構(gòu)造方式如下：

unique_ptr的生命周期：

四、weak_ptr智能指針

五、智能指針怎么解決交叉引用，造成的內(nèi)存泄漏

結(jié)論：創(chuàng)建對象時(shí)使用shared_ptr強(qiáng)智能指針指向，其余情況都使用weak_ptr弱智能指針指向。

5.1 交叉引用的栗子：

當(dāng)A類中有一個(gè)指向B類的shared_ptr強(qiáng)類型智能指針，B類中也有一個(gè)指向A類的shared_ptr強(qiáng)類型智能指針。

main函數(shù)執(zhí)行后有兩個(gè)強(qiáng)智能指針指向了對象A，對象A的引用計(jì)數(shù)為2，B類也是：

#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;
class B;
class A{
public:
    shared_ptr<B> _bptr;
};
class B{
public:
    shared_ptr<A> _aptr;
};
int main(){
    shared_ptr<A> aptr(new A());
    shared_ptr<B> bptr(new B());
    aptr->_bptr = bptr;
    bptr->_aptr = aptr;
    return 0;
}

而當(dāng)主函數(shù)main的return返回后，對象A的引用計(jì)數(shù)減一變?yōu)?（aptr沒指向A對象了），B對象也是，引用計(jì)數(shù)不為0，即不能析構(gòu)2個(gè)對象釋放內(nèi)存，造成內(nèi)存泄漏。

5.2 解決方案

將類A和類B中的shared_ptr強(qiáng)智能指針都換成weak_ptr弱智能指針；

class A{
public:
    weak_ptr<B> _bptr;
};
class B{
public:
    weak_ptr<A> _aptr;
};

weak_ptr弱智能指針，雖然有引用計(jì)數(shù)，但實(shí)際上它并不增加計(jì)數(shù)，而是只觀察對象的引用計(jì)數(shù)。所以此時(shí)對象A的引用計(jì)數(shù)只為1，對象B的引用計(jì)數(shù)也只為1。

六、智能指針的注意事項(xiàng)

• 避免同一塊內(nèi)存綁定到多個(gè)獨(dú)立創(chuàng)建的shared_ptr上，因此要不使用相同的內(nèi)置指針初始化（或reset）多個(gè)智能指針，不要混合使用智能指針和普通指針，堅(jiān)持只用智能指針。

• 不delete get() 函數(shù)返回的指針，因?yàn)檫@樣操作后，shared_ptr并不知道它管理的內(nèi)存被釋放了，會造成shared_ptr重復(fù)析構(gòu)。

• 不使用 get()函數(shù)初始化或（reset）另外的智能指針。

shared_ptr<int> p = make_share<int> (42);
int *q = p.get();
{
  shared_ptr<int>(q); 
} // 程序塊結(jié)束，q被銷毀，指向的內(nèi)存被釋放。
int foo = *p; //  出錯(cuò)，p指向的內(nèi)存已經(jīng)被q釋放，這是用get() 初始化另外的智能指針惹得禍。
// 請記住，永遠(yuǎn)不要用get初始化另外一個(gè)智能指針。

能使用unique_ptr時(shí)就不要使用share_ptr指針（后者需要保證線程安全，所以在賦值or銷毀時(shí)overhead開銷更高）。

感謝各位的閱讀，以上就是“C++Smart Pointer智能指針怎么用”的內(nèi)容了，經(jīng)過本文的學(xué)習(xí)后，相信大家對C++Smart Pointer智能指針怎么用這一問題有了更深刻的體會，具體使用情況還需要大家實(shí)踐驗(yàn)證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關(guān)知識點(diǎn)的文章，歡迎關(guān)注！