c++ 智能指針基礎詳解

更新時間：2021年02月18日 17:03:43 作者：Er_HU

這篇文章主要介紹了c++ 智能指針基礎的相關資料，幫助大家更好的理解和學習使用c++，感興趣的朋友可以了解下

簡介

在現(xiàn)代 C++ 編程中，標準庫包含了智能指針(Smart pointers)。

智能指針用來確保程序不會出現(xiàn)內存和資源的泄漏，并且是"異常安全"(exception-safe)的。

智能指針的使用

智能指針定義在頭文件 memory 里的命名空間 std 中。它對于資源獲取即初始化(RAII, Resource Acquisition Is Initialization) 編程理念至關重要。該理念的目的是保證對象初始化的時候也是資源獲取的時候，從而使對象的所有資源在單行代碼中創(chuàng)建。

實踐中，RAII 的主要原則就是把任何在堆上分配的資源(比如動態(tài)分配的內存或者系統(tǒng)對象的處理)的所有權提供給在棧上分配的對象(其析構函數(shù)包含釋放資源及相關清理的代碼)。

大多數(shù)時候，當你初始化一個原始指針或者資源句柄使其指向實際的資源時，立即將其傳給智能指針。

在現(xiàn)代 C++ 中，原始指針只用于包含在局部作用域，循環(huán)或者工具函數(shù)的小塊代碼中(對性能有要求，并且對資源的所有權也不容易混淆)。

原始指針和智能指針的聲明比較如下：

void UseRawPointer()
{
 // Using a raw pointer -- not recommended.
 Song* pSong = new Song(L"Nothing on You", L"Bruno Mars"); 

 // Use pSong...

 // Don't forget to delete!
 delete pSong; 
}

void UseSmartPointer()
{
 // Declare a smart pointer on stack and pass it the raw pointer.
 unique_ptr<Song> song2(new Song(L"Nothing on You", L"Bruno Mars"));

 // Use song2...
 wstring s = song2->duration_;
 //...

} // song2 is deleted automatically here.

如上所示，智能指針是一個在棧上聲明的類模板，并由指向分配在堆上的對象的原始指針初始化。當智能指針初始化后，它就擁有了原始指針的所有權。這意味著智能指針需要負責原始指針指向的內存釋放。智能指針的析構函數(shù)包含了 delete 的調用，并且由于智能指針是在棧上聲明的，其析構函數(shù)會在智能指針對象離開作用域時被調用，即使在棧中發(fā)生了異常。

通過使用指針運算符(-> 和 *)訪問被封裝的指針，智能指針類重載了這些運算符以返回被封裝的原始指針。

C++ 智能指針的理念類似于在 C# 語言中創(chuàng)建對象的過程：創(chuàng)建對象后讓系統(tǒng)負責在正確的時間將其刪除。不同之處在于，沒有獨立的垃圾回收器運行于后臺；內存是按照標準 C++ 規(guī)范對內存進行管理的，使運行時環(huán)境更加快速和高效。

[!重要]

總是在單獨的行上創(chuàng)建智能指針，而不是在參數(shù)列表中，從而避免由于特定的參數(shù)列表分配規(guī)則出現(xiàn)一些輕微的內存泄漏

以下示例顯示了 C++ 標準庫中的 unique_ptr 是如何封裝指向大型對象的指針的。

class LargeObject
{
public:
 void DoSomething(){}
};

void ProcessLargeObject(const LargeObject& lo){}

void SmartPointerDemo()
{ 
 // Create the object and pass it to a smart pointer
 std::unique_ptr<LargeObject> pLarge(new LargeObject());

 //Call a method on the object
 pLarge->DoSomething();

 // Pass a reference to a method.
 ProcessLargeObject(*pLarge);

} //pLarge is deleted automatically when function block goes out of scope.

上述示例演示了使用智能指針的關鍵步驟：

將智能指針聲明為局部變量(不要在智能指針上使用 new 或者 malloc 表達式)。
在類型參數(shù)上，指定被封裝指針指向的對象類型。
將指向由 new 創(chuàng)建的對象的指針傳給智能指針的構造函數(shù)。
使用重載的操作符 -> 和 * 來訪問對象。
讓智能指針來 delete 對象。

智能指針在設計上兼顧了內存和性能的高效性。例如，unique_ptr 唯一的數(shù)據成員是被封裝的原始指針，這意味著 unique_ptr 具有原始指針同樣地大小，4 字節(jié)或者 8 字節(jié)。通過智能指針重載的操作符 -> 和 * 來訪問并不比直接使用原始指針來訪問慢多少。

智能指針有其自己的成員函數(shù)，通過 . 來訪問。例如，一些 C++ 標準庫的智能指針有用于重置的成員函數(shù)來釋放對原始指針的所有權。這可以用于在智能指針超出作用域前釋放智能指針管理的內存，看下面的示例：

void SmartPointerDemo2()
{
 // Create the object and pass it to a smart pointer
 std::unique_ptr<LargeObject> pLarge(new LargeObject());

 //Call a method on the object
 pLarge->DoSomething();

 // Free the memory before we exit function block.
 pLarge.reset();

 // Do some other work...

}

智能指針通常提供了獲取原始指針的方式。 C++ 標準庫中的智能指針包含了成員函數(shù) get 來獲取原始指針。 CComPtr 有公共的類成員 p。通過獲取原始指針，你能夠使用智能指針來管理你自己代碼涉及的內存并依然能夠將原始指針傳遞給不支持智能指針的代碼。

void SmartPointerDemo4()
{
 // Create the object and pass it to a smart pointer
 std::unique_ptr<LargeObject> pLarge(new LargeObject());

 //Call a method on the object
 pLarge->DoSomething();

 // Pass raw pointer to a legacy API
 LegacyLargeObjectFunction(pLarge.get()); 
}