C++的智能指針你真的了解嗎
什么是RAII
RAII(Resource Acquisition Is Initialization)是由C++之父提出的,中文翻譯為資源獲取即初始化,使用局部對象來管理資源的技術(shù)稱為資源獲取即初始化;這里的資源主要是指操作系統(tǒng)中有限的東西如內(nèi)存(heap)、網(wǎng)絡(luò)套接字、互斥量、文件句柄等等,局部對象是指存儲在棧的對象,它的生命周期是由操作系統(tǒng)來管理的,無需人工介入
RAII的原理
資源的使用一般經(jīng)歷三個(gè)步驟:
- 獲取資源(創(chuàng)建對象)
- 使用資源
- 銷毀資源(析構(gòu)對象)
但是資源的銷毀往往是程序員經(jīng)常忘記的一個(gè)環(huán)節(jié),所以程序界就想如何在程序中讓資源自動(dòng)銷毀呢?解決問題的方案就是:RAII,它充分的利用了C++語言局部對象自動(dòng)銷毀的特性來控制資源的生命周期
裸指針存在的問題
1.難以區(qū)分指向的是單個(gè)對象還是一個(gè)數(shù)組
2.使用完指針之后無法判斷是否應(yīng)該銷毀指針,因?yàn)闊o法判斷指針是否”擁有“指向的對象
3.在已經(jīng)確定需要銷毀指針的情況下,也無法確定是用delete關(guān)鍵字刪除,還是有其他特殊的銷毀機(jī)制,例如通過將指針傳入某個(gè)特定的銷毀函數(shù)來摧毀指針
4.即使已經(jīng)確定了銷毀指針的方法,由于1的原因,仍然無法確定到底是i用delete(銷毀單個(gè)對象)還是delete[](銷毀一個(gè)數(shù)組)
5.假設(shè)上述的問題都解決了,也很難保證在代碼的所有路徑中(分支結(jié)構(gòu),異常導(dǎo)致的挑戰(zhàn)),有且僅有一次銷毀指針的操作;任何一條路徑遺漏都可能導(dǎo)致內(nèi)存的泄露,而銷毀多次則會導(dǎo)致未定義行為
6.理論上沒有方法來分辨一個(gè)指針是否處于懸掛狀態(tài)
auto_ptr
class Object { int value; public: Object(int x = 0) :value(x) { cout << "Create Object:" << this << endl; } ~Object() { cout << "Destory Object:" << this << endl; } int& Value() { return value; } }; template<class _Ty> class my_auto_ptr { private: bool _Owns; _Ty* _Ptr; public: my_auto_ptr(_Ty* p = NULL) :_Owns(p != NULL), _Ptr(p) {} ~my_auto_ptr() { if (_Owns) { delete _Ptr; } _Owns = false; _Ptr = NULL; } }; void fun() { my_auto_ptr<Object> obj(new Object(10)); } int main() { fun(); }
在這里將Object構(gòu)建完成后,將其指針給到p,當(dāng)函數(shù)結(jié)束去調(diào)動(dòng)智能指針的析構(gòu)函數(shù)去釋放空間
若我們需要在fun()函數(shù)中,去調(diào)用Object類的方法obj->Value();
class Object { int value; public: Object(int x = 0) :value(x) { cout << "Create Object:" << this << endl; } ~Object() { cout << "Destory Object:" << this << endl; } int& Value() { return value; } }; template<class _Ty> class my_auto_ptr { private: bool _Owns; _Ty* _Ptr; public: my_auto_ptr(_Ty* p = NULL) :_Owns(p != NULL), _Ptr(p) {} ~my_auto_ptr() { if (_Owns) { delete _Ptr; } _Owns = false; _Ptr = NULL; } _Ty* get()const { return _Ptr; } _Ty& operator*()const { return *(get()); } _Ty* operator ->()const { return get(); } }; void fun() { my_auto_ptr<Object> obj(new Object(10)); cout << obj->Value() << endl; cout << (*obj).Value() << endl; } int main() { fun(); }
通過運(yùn)算符重載,(*obj) 后將直接指向堆區(qū)(heap)的對象實(shí)體
若我們通過一個(gè)my_auto_ptr去創(chuàng)建另一個(gè)my_auto_ptr
class Object { int value; public: Object(int x = 0) :value(x) { cout << "Create Object:" << this << endl; } ~Object() { cout << "Destory Object:" << this << endl; } int& Value() { return value; } }; template<class _Ty> class my_auto_ptr { private: bool _Owns; _Ty* _Ptr; public: my_auto_ptr(_Ty* p = NULL) :_Owns(p != NULL), _Ptr(p) {} ~my_auto_ptr() { if (_Owns) { delete _Ptr; } _Owns = false; _Ptr = NULL; } my_auto_ptr(const my_auto_ptr& obj):_Owns(obj._Owns),_Ptr(obj._ptr) { } my_auto_ptr& operator=(const my_auto_ptr& _Y) { if(this == &_Y) return *this; if(_Owns) { delete _Ptr; } _Owns = _Y._Owns; _Ptr = _Y._Ptr; return 0; } _Ty* get()const { return _Ptr; } _Ty& operator*()const { return *(get()); } _Ty* operator ->()const { return get(); } void reset(_Ty* p = NULL) { if (_Owns) { delete _Ptr; } _Ptr = p; } _Ty* release()const { _Ty* tmp = NULL; if (_Owns) { ((my_auto_ptr*)this)->_Owns = false; //常性進(jìn)行修改 tmp = _Ptr; ((my_auto_ptr*)this)->_Ptr = NULL; } return tmp; } }; void fun() { my_auto_ptr<Object> pobja(new Object(10)); my_auto_ptr<Object> pobjb(pobja); } int main() { fun(); }
如果通過淺拷貝,則兩個(gè)指針擁有同一個(gè)資源,在析構(gòu)的過程會造成資源的重復(fù)釋放導(dǎo)致崩潰
若設(shè)置為將其資源進(jìn)行轉(zhuǎn)移
my_auto_ptr(const my_auto_ptr& obj):_Owns(obj._Owns),_Ptr(release()) { } my_auto_ptr& operator=(const my_auto_ptr& _Y) { if(this == &_Y) return *this; if(_Owns) { delete _Ptr; } _Owns = _Y._Owns; _Ptr = _Y.release(); return 0; }
void fun(my_auto_ptr<Object> apx) { int x = apx->Value(); cout<<x<<endl; } int main() { my_auto_ptr<Object> pobja(new Object(10)); fun(pobja); int a = pobja->Value(); cout<<a<<endl; }
那么上面的過程中,資源會進(jìn)行轉(zhuǎn)移pobja將不再擁有資源,導(dǎo)致pobja失去資源進(jìn)而程序崩潰
這也就是auto_ptr的局限性,也導(dǎo)致該智能指針的幾乎沒有使用
unique_ptr
該智能指針屬于唯一性智能指針,將拷貝構(gòu)造刪除,也就不能將其新建另一個(gè)對象,同時(shí)也不能作為參數(shù)傳入
class Object { int value; public: Object(int x = 0) :value(x) { cout << "Create Object:" << this << endl; } ~Object() { cout << "Destory Object:" << this << endl; } int& Value() { return value; } }; int main() { std::unique_ptr<Object> pobja(new Object(10)); //std::unique_ptr<Object> pobjb(pobja); error //不允許 std::unique_ptr<Object> pobjb(std::move(pobja)); }
通過移動(dòng)賦值是可以的,通過明確的概念,對其資源進(jìn)行轉(zhuǎn)移
同時(shí)unique_ptr可以區(qū)分其所指向的是一個(gè)單獨(dú)空間,或者是連續(xù)的空間
struct delete_ar_object { void operator()(Object* op) { if(op == NULL) return; delete[] op; } } int main() { std::unique_ptr<Object> pobja(new Object(10)); std::unique_ptr<Object,delete_ar_object> pobjb(new Object[10]); }
在這里如果是連續(xù)空間,會調(diào)用刪除連續(xù)空間的刪除器;單獨(dú)空間則使用默認(rèn)刪除器
unique_ptr在編寫的時(shí)候,有多個(gè)模板類,分別對應(yīng)單個(gè)對象的方案和一組對象的方案
并且可以通過智能指針指向fopen打開的文件對象,而文件對象是同fclose去進(jìn)行關(guān)閉的
struct delete_file { void operator()(FILE *fp) { if(fp == NULL) return; fclose(fp); } } std::unique_ptr<FILE,delete_file> pfile(fopen("zyq.txt","w"));
這里只需要將默認(rèn)的刪除器,更改為對文件對象的刪除器
總結(jié)
本篇文章就到這里了,希望能夠給你帶來幫助,也希望您能夠多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容!
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