c++11&14-智能指針要點匯總
學c++的人都知道，在c++里面有一個痛點，就是動態(tài)內(nèi)存的管理，就我所經(jīng)歷的一些問題來看，很多莫名其妙的問題，最后都發(fā)現(xiàn)是內(nèi)存管理不當引起的。
但像java等其他一些語言則不會有這樣的問題，為什么呢，因為它們有很好的處理內(nèi)存的方法，比如java的垃圾回收機制，現(xiàn)在，我們c++終于也有了智能指針。
1. 什么是智能指針
簡單地說，智能指針是用對象去管理一個資源指針，同時用一個計數(shù)器計算引用當前指針對象的個數(shù)，當管理指針的對象增加或減少時，計數(shù)器也相應加1或減1，當最后一個指針管理對象銷毀時，計數(shù)器為1，此時在銷毀指針管理對象的同時，也對指針管理對象所管理的指針進行delete操作。
下面我們介紹兩個常用的智能指針std::shared_ptr和std::weak_ptr。
1.1 std::shared_ptr
std::shared_ptr包裝了new操作符動態(tài)分配的內(nèi)存，可以自由拷貝復制，基本上是使用最多的一個智能指針類型。
下面是一個代碼例子：
#include <memory>
#include <iostream>
class Test
{
public:
Test()
{
std::cout << "Test()" << std::endl;
}
~Test()
{
std::cout << "~Test()" << std::endl;
}
};
int main()
{
std::shared_ptr<Test> p1 = std::make_shared<Test>();
std::cout << "1 ref:" << p1.use_count() << std::endl;
{
std::shared_ptr<Test> p2 = p1;
std::cout << "2 ref:" << p1.use_count() << std::endl;
}
std::cout << "3 ref:" << p1.use_count() << std::endl;
return 0;
}
結(jié)果如下：
Test()
1 ref:1
2 ref:2
3 ref:1
~Test()
針對代碼解讀如下：
std::make_shared里面調(diào)用了new操作符分配內(nèi)存；
第二個p1.use_count()之所以顯示為2，是因為增加了引用對象p2,而隨著大括號的結(jié)束，p2的作用域結(jié)束，所以p1的引用計數(shù)變回1，而隨著main函數(shù)的結(jié)束，p1的作用域結(jié)束，此時檢測到計數(shù)為1，那就會在銷毀p1的同時，調(diào)用p1的析構(gòu)函數(shù)delete掉之前分配的內(nèi)存空間；
1.2 std::weak_ptr
std::weak_ptr有什么特點呢？與std::shared_ptr最大的差別是在賦值的時候，不會引起智能指針計數(shù)增加。
weak_ptr被設計為與shared_ptr共同工作，可以從一個shared_ptr或者另一個weak_ptr對象構(gòu)造，獲得資源的觀測權。但weak_ptr沒有共享資源，它的構(gòu)造不會引起指針引用計數(shù)的增加。同樣，在weak_ptr析構(gòu)時也不會導致引用計數(shù)的減少，它只是一個靜靜地觀察者。weak_ptr沒有重載operator*和->，這是特意的，因為它不共享指針，不能操作資源，這是它弱的原因。如要操作資源，則必須使用一個非常重要的成員函數(shù)lock()從被觀測的shared_ptr獲得一個可用的shared_ptr對象，從而操作資源。
1.2.1 std::shared_ptr相互引用會有什么后果
代碼如下：
#include <memory>
#include <iostream>
class TestB;
class TestA
{
public:
TestA()
{
std::cout << "TestA()" << std::endl;
}
void ReferTestB(std::shared_ptr<TestB> test_ptr)
{
m_TestB_Ptr = test_ptr;
}
~TestA()
{
std::cout << "~TestA()" << std::endl;
}
private:
std::shared_ptr<TestB> m_TestB_Ptr; //TestB的智能指針
};
class TestB
{
public:
TestB()
{
std::cout << "TestB()" << std::endl;
}
void ReferTestB(std::shared_ptr<TestA> test_ptr)
{
m_TestA_Ptr = test_ptr;
}
~TestB()
{
std::cout << "~TestB()" << std::endl;
}
std::shared_ptr<TestA> m_TestA_Ptr; //TestA的智能指針
};
int main()
{
std::shared_ptr<TestA> ptr_a = std::make_shared<TestA>();
std::shared_ptr<TestB> ptr_b = std::make_shared<TestB>();
ptr_a->ReferTestB(ptr_b);
ptr_b->ReferTestB(ptr_a);
return 0;
}
運行結(jié)果：
TestA()
TestB()
可以看到，上面代碼中，我們創(chuàng)建了一個TestA和一個TestB的對象，但在整個main函數(shù)都運行完后，都沒看到兩個對象被析構(gòu)，這是為什么呢？
原來，智能指針ptr_a中引用了ptr_b，同樣ptr_b中也引用了ptr_a，在main函數(shù)退出前，ptr_a和ptr_b的引用計數(shù)均為2，退出main函數(shù)后，引用計數(shù)均變?yōu)?，也就是相互引用。
這等效于說：
ptr_a對ptr_b說，哎，我說ptr_b，我現(xiàn)在的條件是，你先釋放我，我才能釋放你，這是天生的，造物者決定的，改不了；
ptr_b也對ptr_a說，我的條件也是一樣，你先釋放我，我才能釋放你，怎么辦？
是吧，大家都沒錯，相互引用導致的問題就是釋放條件的沖突，最終也可能導致內(nèi)存泄漏。
1.2.2 std::weak_ptr如何解決相互引用的問題
我們在上面的代碼基礎上使用std::weak_ptr進行修改，如下：
#include <iostream>
#include <memory>
class TestB;
class TestA
{
public:
TestA()
{
std::cout << "TestA()" << std::endl;
}
void ReferTestB(std::shared_ptr<TestB> test_ptr)
{
m_TestB_Ptr = test_ptr;
}
void TestWork()
{
std::cout << "~TestA::TestWork()" << std::endl;
}
~TestA()
{
std::cout << "~TestA()" << std::endl;
}
private:
std::weak_ptr<TestB> m_TestB_Ptr;
};
class TestB
{
public:
TestB()
{
std::cout << "TestB()" << std::endl;
}
void ReferTestB(std::shared_ptr<TestA> test_ptr)
{
m_TestA_Ptr = test_ptr;
}
void TestWork()
{
std::cout << "~TestB::TestWork()" << std::endl;
}
~TestB()
{
////把std::weak_ptr類型轉(zhuǎn)換成std::shared_ptr類型
std::shared_ptr<TestA> tmp = m_TestA_Ptr.lock();
tmp->TestWork();
std::cout << "2 ref a:" << tmp.use_count() << std::endl;
std::cout << "~TestB()" << std::endl;
}
std::weak_ptr<TestA> m_TestA_Ptr;
};
int main()
{
std::shared_ptr<TestA> ptr_a = std::make_shared<TestA>();
std::shared_ptr<TestB> ptr_b = std::make_shared<TestB>();
ptr_a->ReferTestB(ptr_b);
ptr_b->ReferTestB(ptr_a);
std::cout << "1 ref a:" << ptr_a.use_count() << std::endl;
std::cout << "1 ref b:" << ptr_a.use_count() << std::endl;
return 0;
}
運行結(jié)果：
TestA()
TestB()
1 ref a:1
1 ref b:1
~TestA::TestWork()
2 ref a:2
~TestB()
~TestA()
預覽
由以上代碼運行結(jié)果我們可以看到：
所有的對象最后都能正常釋放，不會存在上一個例子中的內(nèi)存沒有釋放的問題;
ptr_a和ptr_b在main函數(shù)中退出前，引用計數(shù)均為1，也就是說，在TestA和TestB中對std::weak_ptr的相互引用，不會導致計數(shù)的增加。在TestB析構(gòu)函數(shù)中，調(diào)用std::shared_ptr tmp = m_TestA_Ptr.lock()，把std::weak_ptr類型轉(zhuǎn)換成std::shared_ptr類型，然后對TestA對象進行調(diào)用。
1.2.3 std::weak_ptr支持的調(diào)用
weak_ptr<T> w; //空weak_ptr可以指向類型為T的對象 weak_ptr<T> w(shared_ptr sp); //與sp指向相同對象的weak_ptr, T必須能轉(zhuǎn)換為sp指向的類型 w = p; //p可以是shared_ptr或者weak_ptr，賦值后w和p共享對象 w.reset(); //weak_ptr置為空 w.use_count(); //與w共享對象的shared_ptr的計數(shù) w.expired(); //w.use_count()為0則返回true，否則返回false w.lock(); //w.expired()為true，返回空的shared_ptr;否則返回指向w的shared_ptr
1.3 std::unique_ptr
uniqut_ptr是一種對資源具有排他性擁有權的智能指針，即一個對象資源只能同時被一個unique_ptr指向。
1.3.1 初始化方式
使用new
T *pT = new T(); std::unique_ptr<T> up1(pT);
通過make_unique
auto pT = make_unique<T>();
通過move()函數(shù)
//up也是一個std::unique_ptr<T>指針 unique_ptr<T> up1 = std::move(up);
1.3.2 unique_ptr不能被復制或者拷貝
unique_ptr<T> up(new T()); //ok unique_ptr<T> up1(up); //error, can not be copy unique_ptr<T> up2 = up; //error, can not be assigned
1.3.3 unique_ptr可以移動賦值或者移動拷貝
unique_ptr<T> pT(new T()); unique_ptr<T> pT2 = std::move(pT); //移動賦值，此時pT被銷毀，為空 unique_ptr<T> pT3(std::move(pt2)); //移動拷貝，此時pT2被銷毀，為空
1.3.4 unique_ptr可以作為函數(shù)的返回值
unique_ptr<T> GetPtr(); //function getthe unique pointer unique_ptr<T> pT = GetPtr(); // ok
1.3.5 使用范例
#include <iostream>
int main()
{
std::unique_ptr<int> pInt;
pInt.reset(new int());
int *p = pInt.release(); //釋放所有權
//由于unique_ptr有std::unique_ptr<T[]>的重載函數(shù)，所以它可以用來管理數(shù)組資源
std::unique_ptr<int[]> pArray(new int[3]{1,3,3});
}
2. 智能指針小結(jié)
可以看出，智能指針其實是std::shared_ptr和std::unique_ptr, std::shared_ptr可以有多個引用對象，但不能互相引用，而std::unique_ptr只能有一個引用，不能賦值或者拷貝，但可以移動賦值和移動拷貝，std::weak_ptr實際上是對std::shared_ptr的補充，它并不能對對象進行具體的操作。
注意：shared_ptr,weak_ptr,unique_ptr這些都是模板，并不是指針或者其他的。
以上就是c++11&14-智能指針要點匯總的詳細內(nèi)容，更多關于c++11&14 智能指針的資料請關注腳本之家其它相關文章！
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