1. 介紹

在 C++ 中沒有垃圾回收機制，必須自己釋放分配的內(nèi)存，否則就會造成內(nèi)存泄露。解決這個問題最有效的方法是使用智能指針（smart pointer）。智能指針是存儲指向動態(tài)分配（堆）對象指針的類，用于生存期的控制，能夠確保在離開指針所在作用域時，自動地銷毀動態(tài)分配的對象，防止內(nèi)存泄露。智能指針的核心實現(xiàn)技術(shù)是引用計數(shù)，每使用它一次，內(nèi)部引用計數(shù)加1，每析構(gòu)一次內(nèi)部的引用計數(shù)減1，減為0時，刪除所指向的堆內(nèi)存。

C++11 中提供了三種智能指針，使用這些智能指針時需要引用頭文件 ：

• std::shared_ptr：共享的智能指針
• std::unique_ptr：獨占的智能指針
• std::weak_ptr：弱引用的智能指針，它不共享指針，不能操作資源，是用來監(jiān)視 shared_ptr 的。

共享智能指針（shared_ptr）是指多個智能指針可以同時管理同一塊有效的內(nèi)存，共享智能指針 shared_ptr 是一個模板類，如果要進行初始化有三種方式：通過構(gòu)造函數(shù)、std::make_shared 輔助函數(shù)以及 reset 方法。共享智能指針對象初始化完畢之后就指向了要管理的那塊堆內(nèi)存，如果想要查看當前有多少個智能指針同時管理著這塊內(nèi)存可以使用共享智能指針提供的一個成員函數(shù) use_count

2. 初始化方法

2.1 通過構(gòu)造函數(shù)初始化

實例

// 使用智能指針管理一塊 int 型的堆內(nèi)存
shared_ptr<int> ptr1(new int(520));

2.2 通過拷貝和移動構(gòu)造函數(shù)初始化

調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)

shared_ptr<int> ptr2(ptr1);

調(diào)用移動構(gòu)造函數(shù)

std::shared_ptr<int> ptr5 = std::move(ptr2);

如果使用拷貝的方式初始化共享智能指針對象，這兩個對象會同時管理同一塊堆內(nèi)存，堆內(nèi)存對應的引用計數(shù)也會增加；
如果使用移動的方式初始智能指針對象，只是轉(zhuǎn)讓了內(nèi)存的所有權(quán)，管理內(nèi)存的對象并不會增加，因此內(nèi)存的引用計數(shù)不會變化。

2.2.1 移動構(gòu)造

關(guān)于移動構(gòu)造，可能有些讀者不太明白

移動構(gòu)造是C++11標準中提供的一種新的構(gòu)造方法。

在現(xiàn)實中有很多這樣的例子，我們將錢從一個賬號轉(zhuǎn)移到另一個賬號，將手機SIM卡轉(zhuǎn)移到另一臺手機，將文件從一個位置剪切到另一個位置……移動構(gòu)造可以減少不必要的復制，帶來性能上的提升。

我們首先來看看move函數(shù)
首先看這樣一段代碼

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <cstdlib>
#include <vector>

using namespace std;

int main()
{
	string st = "I love 進擊的汪sir";
	vector<string> vc;
	vc.push_back(move(st));
	cout << vc[0] << endl;
	if (!st.empty())
		cout << st << endl;

	return 0;
}

輸出的結(jié)果為

再看這樣一段代碼

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <cstdlib>
#include <vector>

using namespace std;

int main()
{
	string st = "I love xing";
	vector<string> vc;
	vc.push_back(st);
	cout << vc[0] << endl;
	if (!st.empty())
		cout << st << endl;

	return 0;
}

其結(jié)果為

這兩段代碼唯一的不同是調(diào)用vc.push_back()將字符串插入到容器中去時，第一段代碼使用了move語句，而第二段代碼沒有使用move語句。輸出的結(jié)果差異也很明顯，第一段代碼中，原來的字符串st已經(jīng)為空，而第二段代碼中，原來的字符串st的內(nèi)容沒有變化。

先暫時記住這兩端代碼的輸出結(jié)果之間的差異。
我們回到移動構(gòu)造函數(shù)上

有時候我們會遇到這樣一種情況，我們用對象a初始化對象b，后對象a我們就不在使用了，但是對象a的空間還在呀（在析構(gòu)之前），既然拷貝構(gòu)造函數(shù)，實際上就是把a對象的內(nèi)容復制一份到b中，那么為什么我們不能直接使用a的空間呢？這樣就避免了新的空間的分配，大大降低了構(gòu)造的成本。這就是移動構(gòu)造函數(shù)設計的初衷。

通俗一點的解釋就是，拷貝構(gòu)造函數(shù)中，對于指針，我們一定要采用深層復制，而移動構(gòu)造函數(shù)中，對于指針，我們采用淺層復制。

所以在上面的例子中，如果調(diào)用移動構(gòu)造函數(shù)來初始化智能指針，引用計數(shù)是不會增加的，而move函數(shù)實際上是返回的右值引用

2.2.2 右值引用

上面我們講到了右值引用，這里就來擴展一下右值引用是啥
首先得分清楚，什么是右值，什么是左值

• lvalue 是 loactor value 的縮寫，rvalue 是 read value 的縮寫
• 左值是指存儲在內(nèi)存中、有明確存儲地址（可取地址）的數(shù)據(jù)；
• 右值是指可以提供數(shù)據(jù)值的數(shù)據(jù)（不可取地址）；

通過描述可以看出，區(qū)分左值與右值的便捷方法是：可以對表達式取地址（&）就是左值，否則為右值 。所有有名字的變量或?qū)ο蠖际亲笾?，而右值是匿名的?/p>

C++11 中右值可以分為兩種：一個是將亡值（ xvalue, expiring value），另一個則是純右值（ prvalue, PureRvalue）：

• 純右值：非引用返回的臨時變量、運算表達式產(chǎn)生的臨時變量、原始字面量和 lambda 表達式等
• 將亡值：與右值引用相關(guān)的表達式，比如，T&& 類型函數(shù)的返回值、 std::move 的返回值等。

右值引用就是對一個右值進行引用的類型。因為右值是匿名的，所以我們只能通過引用的方式找到它。無論聲明左值引用還是右值引用都必須立即進行初始化，因為引用類型本身并不擁有所綁定對象的內(nèi)存，只是該對象的一個別名。通過右值引用的聲明，該右值又“重獲新生”，其生命周期與右值引用類型變量的生命周期一樣，只要該變量還活著，該右值臨時量將會一直存活下去。

右值通過&&來引用

例如：

• int&& value = 520; 里面 520 是純右值，value 是對字面量 520 這個右值的引用。
• int &&a2 = a1; 中 a1 雖然寫在了 = 右邊，但是它仍然是一個左值，使用左值初始化一個右值引用類型是不合法的。
• const Test& t = getObj() 這句代碼的語法是正確的，常量左值引用是一個萬能引用類型，它可以接受左值、右值、常量左值和常量右值。

2.3 通過 std::make_shared 初始化

通過 C++ 提供的 std::make_shared() 就可以完成內(nèi)存對象的創(chuàng)建并將其初始化給智能指針，函數(shù)原型如下：

template< class T, class... Args >
shared_ptr<T> make_shared( Args&&... args );

實例
使用智能指針管理一塊 int 型的堆內(nèi)存, 內(nèi)部引用計數(shù)為 1

shared_ptr<int> ptr1 = make_shared<int>(520);

注意
使用 std::make_shared() 模板函數(shù)可以完成內(nèi)存地址的創(chuàng)建，并將最終得到的內(nèi)存地址傳遞給共享智能指針對象管理。如果申請的內(nèi)存是普通類型，通過函數(shù)的（）可完成地址的初始化，如果要創(chuàng)建一個類對象，函數(shù)的（）內(nèi)部需要指定構(gòu)造對象需要的參數(shù)，也就是類構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)。

2.4 通過 reset 方法初始化

共享智能指針類提供的 std::shared_ptr::reset 方法函數(shù)原型如下：

void reset() noexcept;

template< class Y >
void reset( Y* ptr );

template< class Y, class Deleter >
void reset( Y* ptr, Deleter d );

template< class Y, class Deleter, class Alloc >
void reset( Y* ptr, Deleter d, Alloc alloc );

• ptr：指向要取得所有權(quán)的對象的指針
• d：指向要取得所有權(quán)的對象的指針
• aloc：內(nèi)部存儲所用的分配器

實例

shared_ptr<int> ptr5;
ptr5.reset(new int(250));

3. 獲取原始指針

對應基礎數(shù)據(jù)類型來說，通過操作智能指針和操作智能指針管理的內(nèi)存效果是一樣的，可以直接完成數(shù)據(jù)的讀寫。但是如果共享智能指針管理的是一個對象，那么就需要取出原始內(nèi)存的地址再操作，可以調(diào)用共享智能指針類提供的 get () 方法得到原始地址，其函數(shù)原型如下：

T* get() const noexcept;

實例

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

int main()
{
    int len = 128;
    shared_ptr<char> ptr(new char[len]);
    // 得到指針的原始地址
    char* add = ptr.get();
    memset(add, 0, len);
    strcpy(add, "博客：進擊的汪sir");
    cout << "string: " << add << endl;
    
    shared_ptr<int> p(new int);
    *p = 100;
    cout << *p.get() << "  " << *p << endl;
    
    return 0;
}

4. 指定刪除器

當智能指針管理的內(nèi)存對應的引用計數(shù)變?yōu)?0 的時候，這塊內(nèi)存就會被智能指針析構(gòu)掉了。另外，我們在初始化智能指針的時候也可以自己指定刪除動作，這個刪除操作對應的函數(shù)被稱之為刪除器，這個刪除器函數(shù)本質(zhì)是一個回調(diào)函數(shù)，我們只需要進行實現(xiàn)，其調(diào)用是由智能指針完成的。

實例

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

// 自定義刪除器函數(shù)，釋放int型內(nèi)存
void deleteIntPtr(int* p)
{
    delete p;
    cout << "int 型內(nèi)存被釋放了...";
}

int main()
{
    shared_ptr<int> ptr(new int(250), deleteIntPtr);
    return 0;
}

刪除器函數(shù)也可以是 lambda 表達式！

5. 參考鏈接

https://subingwen.cn/cpp/shared_ptr/
https://www.cnblogs.com/qingergege/p/7607089.html

到此這篇關(guān)于C++智能指針之shared_ptr與右值引用的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++智能指針內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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