1.簡介

C++作為一門應(yīng)用廣泛的高級編程語言，卻沒有像Java、C#等語言擁有垃圾回收（Garbage Collection ）機制來自動進行內(nèi)存管理，這也是C++一直被詬病的一點。C++在發(fā)展的過程中，一直致力于解決內(nèi)存泄漏，C++雖然基于效率的考慮，沒有采用垃圾回收機制，但從C++98開始，推出了智能指針（Smart Pointer）來管理內(nèi)存資源，以彌補C++在內(nèi)存管理上的技術(shù)空白。

智能指針是C++程序員們一件管理內(nèi)存的利器，使用智能指針管理內(nèi)存資源，實際上就是將申請的內(nèi)存資源交由智能指針來管理，是RAII技術(shù)的一種實現(xiàn)。RAII是C++的之父Bjarne Stroustrup教授提出的概念，RAII全稱是“Resource Acquisition is Initialization”，直譯過來是“資源獲取即初始化”，也就是說在構(gòu)造函數(shù)中獲取資源，在析構(gòu)函數(shù)中釋放資源。因為C++的語言機制保證了，當(dāng)一個對象創(chuàng)建的時候，自動調(diào)用構(gòu)造函數(shù)，當(dāng)對象超出作用域的時候會自動調(diào)用析構(gòu)函數(shù)。所以，在RAII的指導(dǎo)下，我們應(yīng)該使用類來管理資源，將資源和對象的生命周期綁定。

“資源獲取即初始化”，在使用智能指針管理內(nèi)存資源時，“資源”指的是通過new或malloc申請的內(nèi)存資源，“初始化”指的是使用申請的內(nèi)存資源來初始化棧上的智能指針類對象。使用智能指針管理內(nèi)存資源的好處顯而易見，通過智能指針對象在聲明周期結(jié)束時，自動調(diào)用析構(gòu)函數(shù)，在析構(gòu)函數(shù)中完成對內(nèi)存資源的釋放，即自動的調(diào)用內(nèi)存資源的釋放代碼，避免因忘記對內(nèi)存資源的釋放導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。

2.實例

下面看一個使用由C++11引入的智能指針unique_ptr來管理內(nèi)存資源的例子。

#include <memory>
#include <iostream>
using namespace std;

class A
{
public:
	A() {}
	~A() 
	{
		cout<<"A's destructor"<<endl;
	}
	void Hello() 
	{
		cout<<"use smart pointer to manage memory resources as far as possible"<<endl;
	}
};

int main()
{
	unique_ptr<A> pA(new A);
	pA->Hello();
	return 0;
}

程序輸出：

use smart pointer to manage memory resources as far as possible
A's destructor

可見在main()函數(shù)結(jié)束后，類A的析構(gòu)函數(shù)被自動調(diào)用，完成了內(nèi)存資源了釋放。

在創(chuàng)建智能指針對象時，也可以暫時不指定內(nèi)存資源，先創(chuàng)建一個空的智能指針對象。空智能指針對象不可以進行任何操作，但可以使用 get() 成員函數(shù)來判斷是否存在內(nèi)存資源，如果為空則可以指定內(nèi)存資源。類似于如下操作：

unique_ptr<int> pInt;
if (pInt.get()==nullptr)
{
	pInt.reset(new int(8));
	cout<<*pInt<<endl;
}

使用 unique_ptr 智能指針來管理內(nèi)存資源時，是對內(nèi)存資源的獨占式管理，即內(nèi)存資源的所有權(quán)不能進行共享，同一時刻只能有一個 unique_ptr 對象占有某個內(nèi)存資源。如果發(fā)生賦值或拷貝構(gòu)造，則會在編譯期報錯，因為unique_ptr禁止了拷貝語義，提高了代碼的安全性。

unique_ptr<int> pInt(new int(8));
unique_ptr<int> pInt1=pInt；	//編譯報錯
unique_ptr<int> pInt2(pInt)；	//編譯報錯

當(dāng)然，可以通過移動語義完成內(nèi)存資源的所有權(quán)轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移之后，原智能指針對象變?yōu)榭罩悄苤羔槍ο螅荒茉賹?nèi)存資源進行任何操作，否則會發(fā)生運行時錯誤，但我們也可以使用get()成員函數(shù)進行判空處理。

unique_ptr<int> pInt(new int(8));
unique_ptr<int> pInt1=std::move(pInt)；		//轉(zhuǎn)移所有權(quán)
*pInt=6;																//對空智能指針進行賦值操作將報運行時錯誤
if(!pInt.get())														//判空處理更安全
{
	*pInt=6;
}

獨占式的內(nèi)存資源管理可以使用 unique_ptr 來完成，但是如果想對內(nèi)存資源進行共享式管理，那么 unique_ptr 就無能為力了。shared_prt 使用引用計數(shù)來實現(xiàn)對內(nèi)存資源的共享式管理，當(dāng)對內(nèi)存資源的引用計數(shù)變?yōu)?時，由最后一個對內(nèi)存資源擁有管理權(quán)的智能指針對象完成對內(nèi)存資源的釋放。

#include <memory>
#include <iostream>
using namespace std;

class A
{
public:
	A() {}
	~A()
	{
		cout << "A's destructor" << endl;
	}
	void Hello()
	{
		cout << "use smart pointer to manage memory resources as far as possible" << endl;
	}
};

int main()
{
	shared_ptr<A> spInt(new A);		//接管內(nèi)存資源
	cout << "reference count "<<spInt.use_count() << endl;
	shared_ptr<A> spInt1 = spInt;	//spInt1獲取內(nèi)存資源的管理權(quán)
	spInt1->Hello();
	cout << "reference count " << spInt.use_count() << endl;
	spInt1.reset();						//spInt1放棄對內(nèi)存資源的管理權(quán)
	cout << "reference count " << spInt.use_count() << endl;
}

程序編譯運行結(jié)果：

reference count 1
use smart pointer to manage memory resources as far as possible
reference count 2
reference count 1
A's destructor

3.智能指針使用注意事項

智能指針雖然增強了安全性，避免了潛在的內(nèi)存泄漏，但是我們在使用時還是應(yīng)該遵守一定的規(guī)則，以保證代碼的健壯性。
（1）smart_ptr<T> 不等于 T*，使用時不能完全按照T*來使用。因為smart_ptr<T>本質(zhì)上是類對象，一個用于管理內(nèi)存資源的智能指針類對象，而T*是一個指向類型T的指針，二者不能隨意地轉(zhuǎn)換和賦值；

（2）使用獨立的語句將newed對象置入智能指針，因為使用臨時智能指針對象可能會引發(fā)內(nèi)存泄漏。比如下面的語句：

process(shared_ptr<A>(new A),foo());

實際上對 process() 函數(shù)調(diào)用時編譯器需要完成如下三步為process()準備好實參。

（1）調(diào)用函數(shù)foo()；
（2）執(zhí)行new A表達式；
（3）調(diào)用shared_ptr<A>構(gòu)造函數(shù)，初始化智能指針對象。

實際上，不同的編譯器在執(zhí)行上述三個語句時可能會有不同的順序，如果編譯器將（2.2）放在（2.1）之前執(zhí)行，執(zhí)行順序如下：

（1）執(zhí)行new A表達式；
（2）調(diào)用函數(shù)foo()；
（3）調(diào)用shared_ptr<A>構(gòu)造函數(shù)，初始化智能指針對象。

如果在調(diào)用函數(shù)foo()時拋出異常，那么new A表達式產(chǎn)生的指向堆對象指針將會丟失，于是產(chǎn)生了內(nèi)存泄漏。解決辦法就是使用獨立的語句將newed對象置入智能指針，做法如下：

shared_ptr<A> spA(new A);
process(spA,foo());

以上就是C++如何用智能指針管理內(nèi)存資源的詳細內(nèi)容，更多關(guān)于c++ 智能指針管理內(nèi)存的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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