C++中的智能指針舉例詳解及注意事項(xiàng)
指針用于訪(fǎng)問(wèn)程序外部的資源——如堆內(nèi)存。因此,訪(fǎng)問(wèn)堆內(nèi)存(如果在堆中創(chuàng)建了任何內(nèi)容)時(shí),需要使用指針。當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)任何外部資源時(shí),我們只使用該資源的副本。如果我們對(duì)其進(jìn)行修改,我們只會(huì)改變副本的版本。但如果我們使用指針來(lái)訪(fǎng)問(wèn)資源,我們將能夠修改原始資源。
C++ 中普通指針的一些問(wèn)題如下:
- 內(nèi)存泄漏:當(dāng)程序反復(fù)分配內(nèi)存但從未釋放時(shí),會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。這會(huì)導(dǎo)致過(guò)度的內(nèi)存消耗,最終可能導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。
- 懸空指針:懸空指針是指在對(duì)象從內(nèi)存中被釋放后,沒(méi)有修改指針的值。此時(shí),指針仍然指向已釋放的內(nèi)存。
- 野指針:野指針是已經(jīng)聲明并分配了內(nèi)存的指針,但該指針從未初始化為指向有效的對(duì)象或地址。
- 數(shù)據(jù)不一致:數(shù)據(jù)不一致發(fā)生在一些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)存中,但沒(méi)有以一致的方式更新。
// C++ 程序演示指針的工作方式 #include <iostream> using namespace std; class Rectangle { private: int length; int breadth; }; void fun() { // 使用指針 p 并動(dòng)態(tài)創(chuàng)建一個(gè) Rectangle 對(duì)象 Rectangle* p = new Rectangle(); } int main() { // 無(wú)限循環(huán) while (1) { fun(); } }
輸出
Memory limit exceeded
解釋?zhuān)?/h3>
在 fun
函數(shù)中,創(chuàng)建了一個(gè)指針 p
,它指向一個(gè) Rectangle
對(duì)象。這個(gè)對(duì)象包含兩個(gè)整數(shù):length
和 breadth
。當(dāng) fun
函數(shù)結(jié)束時(shí),指針 p
會(huì)被銷(xiāo)毀,因?yàn)樗且粋€(gè)局部變量。然而,它占用的內(nèi)存并沒(méi)有被釋放,因?yàn)槲覀兺浭褂?nbsp;delete p;
來(lái)刪除它。這意味著內(nèi)存不會(huì)被釋放,無(wú)法供其他資源使用。雖然我們不再需要這個(gè)變量,但我們需要釋放內(nèi)存。
在 main
函數(shù)中,fun
函數(shù)被無(wú)限次調(diào)用。每次調(diào)用都會(huì)創(chuàng)建 p
,但內(nèi)存沒(méi)有被釋放。隨著調(diào)用的進(jìn)行,內(nèi)存不斷增加,但不會(huì)被回收。由于沒(méi)有釋放的內(nèi)存,最終會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存泄漏,整個(gè)堆內(nèi)存可能因此變得無(wú)用。
智能指針
正如我們不自覺(jué)地發(fā)現(xiàn)的那樣,未釋放指針會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存泄漏,可能會(huì)導(dǎo)致程序崩潰。Java、C# 等語(yǔ)言通過(guò)垃圾回收機(jī)制來(lái)智能地釋放未使用的內(nèi)存。C++ 也有自己的機(jī)制:智能指針。當(dāng)對(duì)象被銷(xiāo)毀時(shí),智能指針會(huì)自動(dòng)釋放內(nèi)存。因此,我們不需要手動(dòng)調(diào)用 delete
來(lái)釋放內(nèi)存。
智能指針是一個(gè)指針的封裝類(lèi),重載了像 *
和 ->
等操作符。智能指針類(lèi)的對(duì)象看起來(lái)像普通指針,但與普通指針不同,它可以釋放銷(xiāo)毀的對(duì)象內(nèi)存。
智能指針的思想是創(chuàng)建一個(gè)包含指針、析構(gòu)函數(shù)和重載操作符(如 *
和 ->
)的類(lèi)。由于析構(gòu)函數(shù)會(huì)在對(duì)象超出作用域時(shí)自動(dòng)調(diào)用,因此動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存會(huì)自動(dòng)被刪除(或者引用計(jì)數(shù)會(huì)減少)。
// C++ 程序演示智能指針的工作方式 #include <iostream> using namespace std; class SmartPtr { int* ptr; // 實(shí)際指針 public: // 構(gòu)造函數(shù) explicit SmartPtr(int* p = NULL) { ptr = p; } // 析構(gòu)函數(shù) ~SmartPtr() { delete (ptr); } // 重載解引用操作符 int& operator*() { return *ptr; } }; int main() { SmartPtr ptr(new int()); *ptr = 20; cout << *ptr; // 我們不需要調(diào)用 delete ptr:當(dāng)對(duì)象 ptr 超出作用域時(shí) // 它的析構(gòu)函數(shù)會(huì)自動(dòng)被調(diào)用,析構(gòu)函數(shù)會(huì)刪除 ptr。 return 0; }
輸出
20
指針與智能指針的區(qū)別
指針 | 智能指針 |
---|---|
指針是一個(gè)存儲(chǔ)內(nèi)存地址和該內(nèi)存位置數(shù)據(jù)類(lèi)型信息的變量。指針是指向內(nèi)存中某個(gè)位置的變量。 | 智能指針是一個(gè)指針?lè)庋b的棧分配對(duì)象。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),智能指針是封裝指針的類(lèi)。 |
它不會(huì)在作用域結(jié)束時(shí)銷(xiāo)毀。 | 它在作用域結(jié)束時(shí)會(huì)銷(xiāo)毀自己。 |
指針沒(méi)有額外的特性,效率較低。 | 智能指針效率更高,因?yàn)樗哂袃?nèi)存管理的附加功能。 |
指針是手動(dòng)管理的。 | 智能指針是自動(dòng)管理的。 |
注意:
這僅適用于 int
類(lèi)型。那我們必須為每個(gè)對(duì)象創(chuàng)建智能指針嗎?不,解決方案是模板。如下所示,T
可以是任何類(lèi)型。
示例:使用模板解決問(wèn)題
// C++ 程序演示模板的工作方式,并解決指針問(wèn)題 #include <iostream> using namespace std; // 通用智能指針類(lèi) template <class T> class SmartPtr { T* ptr; // 實(shí)際指針 public: // 構(gòu)造函數(shù) explicit SmartPtr(T* p = NULL) { ptr = p; } // 析構(gòu)函數(shù) ~SmartPtr() { delete (ptr); } // 重載解引用操作符 T& operator*() { return *ptr; } // 重載箭頭操作符,這樣可以像指針一樣訪(fǎng)問(wèn) T 的成員 T* operator->() { return ptr; } }; int main() { SmartPtr<int> ptr(new int()); *ptr = 20; cout << *ptr; return 0; }
輸出
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注意:
智能指針也非常適用于資源管理,比如文件句柄或網(wǎng)絡(luò)套接字等。
智能指針的類(lèi)型
C++ 庫(kù)提供了以下類(lèi)型的智能指針實(shí)現(xiàn):
auto_ptr
unique_ptr
shared_ptr
weak_ptr
auto_ptr
使用 auto_ptr
,可以管理通過(guò) new
表達(dá)式獲取的對(duì)象,并在 auto_ptr
自身銷(xiāo)毀時(shí)刪除它們。當(dāng)通過(guò) auto_ptr
描述一個(gè)對(duì)象時(shí),它會(huì)存儲(chǔ)指向單個(gè)分配對(duì)象的指針。
注意:從 C++11 起,
auto_ptr
被棄用。unique_ptr
是一個(gè)類(lèi)似的功能,但它提供了更高的安全性。
unique_ptr
unique_ptr
只存儲(chǔ)一個(gè)指針。我們可以通過(guò)移除當(dāng)前對(duì)象并指向另一個(gè)對(duì)象來(lái)重新賦值。
實(shí)例
// C++ 程序演示 unique_ptr 的工作方式 // 這里我們展示 unique_ptr 指向 P1。 // 但是我們移除了 P1 并將其指向 P2,因此指針現(xiàn)在 // 指向 P2。 #include <iostream> using namespace std; // 動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理庫(kù) #include <memory> class Rectangle { int length; int breadth; public: Rectangle(int l, int b) { length = l; breadth = b; } int area() { return length * breadth; } }; int main() { // 智能指針 unique_ptr<Rectangle> P1(new Rectangle(10, 5)); cout << P1->area() << endl; // 打印 50 // unique_ptr<Rectangle> P2(P1); unique_ptr<Rectangle> P2; P2 = move(P1); cout << P2->area() << endl; return 0; }
50
50
shared_ptr
通過(guò) shared_ptr
,多個(gè)指針可以同時(shí)指向同一個(gè)對(duì)象,它將使用 use_count()
方法來(lái)維護(hù)引用計(jì)數(shù)。
// C++ 程序演示 shared_ptr 的工作方式 // 這里智能指針 P1 和 P2 都指向同一個(gè) // 對(duì)象,并且它們都會(huì)保持該對(duì)象的引用。 #include <iostream> using namespace std; // 動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理庫(kù) #include <memory> class Rectangle { int length; int breadth; public: Rectangle(int l, int b) { length = l; breadth = b; } int area() { return length * breadth; } }; int main() { // 智能指針 shared_ptr<Rectangle> P1(new Rectangle(10, 5)); cout << P1->area() << endl; shared_ptr<Rectangle> P2; P2 = P1; cout << P2->area() << endl; cout << P1->area() << endl; cout << P1.use_count() << endl; return 0; }
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50
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2
weak_ptr
weak_ptr
是一種智能指針,它持有一個(gè)非擁有的引用。它與 shared_ptr
非常相似,但不會(huì)維護(hù)引用計(jì)數(shù)。這樣,指針不會(huì)對(duì)對(duì)象保持強(qiáng)引用,避免了通過(guò) shared_ptr
創(chuàng)建的循環(huán)依賴(lài)問(wèn)題。
// C++ 程序演示 weak_ptr 的工作方式 // 這里智能指針 P1 和 P2 都指向同一個(gè) // 對(duì)象,但它們都不保持對(duì)象的引用。 #include <iostream> using namespace std; // 動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理庫(kù) #include <memory> class Rectangle { int length; int breadth; public: Rectangle(int l, int b) { length = l; breadth = b; } int area() { return length * breadth; } }; int main() { // 智能指針 shared_ptr<Rectangle> P1(new Rectangle(10, 5)); // 創(chuàng)建 weak_ptr weak_ptr<Rectangle> P2(P1); cout << P1->area() << endl; cout << P1.use_count() << endl; return 0; }
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1
總結(jié)
到此這篇關(guān)于C++中的智能指針舉例詳解及注意事項(xiàng)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++智能指針內(nèi)容請(qǐng)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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