C++智能指針詳解

更新時間：2022年08月17日 17:13:20 作者：頑張先生

從比較簡單的層面來看，智能指針是RAII(Resource Acquisition Is Initialization，資源獲取即初始化)機制對普通指針進行的一層封裝。這樣使得智能指針的行為動作像一個指針，本質上卻是一個對象，這樣可以方便管理一個對象的生命周期

一. unique_ptr獨占指針

特點

都是圍繞獨占展開

特點一：如其名，獨占。也就是說同一個內存空間同時只能有一個指針來管理。

int* pi = new int(10); //利用傳統(tǒng)指針在堆區(qū)開辟一個存放整數(shù)的區(qū)域
std::unique_ptr<int> u_pi_01{pi};//通過傳統(tǒng)指針創(chuàng)建智能指針
std::unique_ptr<int> u_pi_02{pi};//有意讓兩個獨占指針同時指向同一個內存區(qū)域

這么寫編譯器不會報錯，但運行時會提示 error:double free detected in tcache 2

這也就印證了第一個特點，一個內存區(qū)域只能由一個指針管理。

特點二：當指針超出作用域時，內存自動釋放

//由于指針的本質也是變量，離開作用范圍就會自動釋放
//因此我們需要通過在外部創(chuàng)建變量來保存指針所保存的地址
int* external_pi_1;//用于存儲傳統(tǒng)指針的地址
int* external_pi_2;//用于存儲智能指針的地址
 {
    int *pi = new int(10);//使用傳統(tǒng)指針在堆區(qū)開辟內存存儲整形
    external_pi_1 = pi;   
    std::unique_ptr<int> u_pi{new int(10)};//使用智能指針在堆區(qū)開辟內存存儲
    external_pi_2 = u_pi.get();
    std::cout << *external_pi_1 << std::endl;//輸出10
    std::cout << *external_pi_2 << std::endl;//輸出10
 }
std::cout << *external_pi_1 << std::endl;//輸出10
std::cout << *external_pi_2 << std::endl;//輸出0

可見傳統(tǒng)指針在局部作用域中開辟的內存在外部同樣可以訪問，也就是說我們使用傳統(tǒng)指針開辟內存之后在離開作用域時需要加上釋放內存的操作，不然會造成內存泄漏。

而智能指針我們不需要手動釋放內存，在離開作用域后會自動釋放。

特點三：由于特點一，修改指針不可以copy ，只能Move(轉移歸屬權)

std::unique_ptr<int> u_pi1 = std::make_unique<int>(10);
//std::unique_ptr<int> u_pi2 = u_pi1;//嘗試用拷貝的方式共享內存，error:可別忘了這是獨占指針
std::unique_ptr<int> u_pi2 = move(u_pi1);使用move方法轉移內存擁有權。

也就是說，通過move函數(shù)，把指針u_pi1所指內存中的值掏空，然后安到指針u_pi2所指的內存上。

創(chuàng)建方式

方式一：通過已有的傳統(tǒng)指針創(chuàng)建

int* pi = new int(10); //使用傳統(tǒng)指針在堆區(qū)開辟一個空間
std::unique_ptr<int> u_pi{pi};//利用創(chuàng)通指針創(chuàng)建智能指針

方式二：通過new方法創(chuàng)建

std::unique_ptr<int> u_pi{new int(10)};

方式三：通過std :: make_unique創(chuàng)建

std::unipue_ptr<int> u_pi = std::make_unique<int>(10);

傳遞方式

方式一：通過move(),轉移擁有權.

void show(std::unique_ptr<int> u_pi)
{
    std::cout<<*u_pi<<std::endl;
}
void test()
{
    std::unique_ptr<int> u_pi{new int(10)};
    show(move(u_pi)); //通過move轉移擁有權
}

注意：將指針的擁有權轉入函數(shù)中后，在原作用域指針將被釋放，而該指針將在函數(shù)調用結束時釋放。也就是說，將智能指針以move的形式傳入函數(shù)后，在原作用域不能再使用該指針。

方式二：通過引用傳遞

void show(const std::unique_ptr<int> &u_pi)//加cosnt 不是不能改變指向的值，不能改變指針的指向
{
    std::cout << *u_pi << std::endl;
    //u_pi.reset();加了const所以不能清空
}
void test()
{
    std::unique_ptr<int> u_pi{new int(10)};
    show(u_pi);
}

注意：將指針以引用的方式傳入函數(shù)，那么該指針在原作用域依然存活，并可以和所調用函數(shù)共同操作該內存空間數(shù)據(jù)。

方式三：鏈式傳遞

std::unique_ptr<Person> get_unique(std::string str)
{
    std::unique_ptr<Person> u_pi{new Person(str)};
    return u_pi;
}
void test()
{
    get_unique("hua")->show();//鏈式
}

簡單使用

通過get()獲取地址
可以通過->調用成員函數(shù)
可以通過*調用解引用
通過reset()清空指針

class Person
{
public:
    Perosn(std::string name):m_name(name){};
    void show()
    {
        std::cout<<"name is "<<m_name<<std::endl;
    }
private:
    std::string m_name;   
};
int main()
{
std::unique_ptr<Person> u_p{new Person("kimi")}; //用自定義類型創(chuàng)建
u_p->show();//可以通過->調用函數(shù)
(*u_p).show();//通過*解引用
std::cout<<u_p.get()<<std::endl;//通過get()獲取地址
u_p.reset();//清空指針
return 0;
}

隱藏危險

用已有指針創(chuàng)建時，沒有及時清空傳統(tǒng)指針，導致同時有兩個指針指向這塊已經(jīng)被“獨占”的區(qū)域。

int* pi = new int(10);
std::unique_ptr<int> u_pi{pi};//使用傳統(tǒng)指針創(chuàng)建，上式開辟的區(qū)域被獨占
*pi = 20; //沒有及時清空，依然可以通過獨占指針以外的方式修改內存

二. shared_ptr 計數(shù)指針

特點

特點一：可以通過copy共享內存。

std::shared_ptr<int> u_pi_1{new int(10)};
std::shared_ptr<int> u_pi_2 = u_pi_1;//通過復制拷貝

特點二：通過use_count();來查看計數(shù) ,copy 計數(shù)加一，銷毀計數(shù)減一。

std::shanred_ptr<int> s_pi{new int(10)}; //s_pi.use_count() == 1
std::shanred_ptr<int> s_pi_copy = s_pi;  //s_pi.use_count() == 2
s_pi = nullptr;//清空指針                 //s_pi_copy.use_count() == 1

特點三：無論多少指針，都同用一份數(shù)據(jù)，因而同一份數(shù)據(jù)的use_count()一致。

std::shared_ptr<int> s_pi{new int(10)}; //s_pi.use_count() == 1
std::shared_ptr<int> s_pi_2 = s_pi;     //s_pi.use_count() == 2
std::shared_ptr<int> s_pi_3 = s_pi_2;   //s_pi.use_count() == 3
s_pi_2 = bullptr; //清空2指針            //s_pi.use_count() == 2

傳遞方式

本質不變，在函數(shù)調用中，因為本身支持復制操作,所以不用加move可以直接傳遞。
并且在傳遞到函數(shù)中，use_count() 會增加，并在函數(shù)銷毀時候還原。
在函數(shù)中修改指向的值，在外部的指針指向的值也會改變。
使用引用傳遞,則在傳遞到函數(shù)中時，計數(shù)不會增加。

void get_use_1(std::shared_ptr<int> s_pi)
{
    std::cout << s_pi.use_count() << std::endl;
}
void get_use_2(std::shared_ptr<int>& s_pi)
{
    std::cout << s_pi.use_count() << std::endl;
}
void test()
{
    std::shared_ptr<int> s_pi{new int(10)};
    std::cout << s_pi.use_count() << std::endl;
    get_use_1(s_pi);//在函數(shù)中計數(shù)會增加，但隨著函數(shù)銷毀，計數(shù)復原
    get_use_2(s_pi);//以引用方式傳入，指針還是那個指針，計數(shù)不會增加
}

輸出：1 2 1

隱藏危險

share_ptr帶來的循環(huán)依賴問題

class Person
{
public:
    void set_friend(share_ptr<Person> p)
 
    _friend = p;
private:
    share_ptr<Person> _frient;
};
int main()
{
   share_ptr<Person> p1 = make_shared("P1");
   share_ptr<Person> p2 = make_shared("P2");
    p1->set_friend(P2);
    p2->set_friend(P1);//造成循環(huán)依賴，在main中的話，不會執(zhí)行析構
}

解決:將_friend屬性改為weak_ptr 。

三. weak_ptr

weak_ptr 是一個不需要所有權的指針,所以我們可以通過用weak_ptr來聲明屬性，解決循環(huán)依賴

class Person
{
public:
    void set_friend(share_ptr<Person> p)
    _friend = p;
private:
    weak_ptr<Person> _frient;//使用weak_ptr解決循環(huán)依賴
};
int main()
{
    share_ptr<Person> p1 = make_shared("P1");
    share_ptr<Person> p2 = make_shared("P2");
    p1->set_friend(P2);
    p2->set_friend(P1);
}

可以通過lock()來將weak_pte升級為shared_ptr;

std::weak_ptr<Person> w_pi{new Person("hua")};
std::shared_ptr <Person> s_pi2 = w_pi.lock();

到此這篇關于C++智能指針詳解的文章就介紹到這了,更多相關C++智能指針內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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