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对c++中的smart pointer四个智能指针:shared_ptr,unique_ptr,weak_ptr,auto_ptr的理解

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duo点|  楼主 | 2024-3-11 10:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
C++里面的四个智能指针: auto_ptr, shared_ptr, weak_ptr, unique_ptr 其中后三个是c++11支持,并且第一个已经被11弃用。

智能指针的作用是管理一个指针,因为存在以下这种情况:申请的空间在函数结束时忘记释放,造成内存泄漏。使用智能指针可以很大程度上的避免这个问题,因为智能指针就是一个类,当超出了类的作用域是,类会自动调用析构函数,析构函数会自动释放资源。所以智能指针的作用原理就是在函数结束时自动释放内存空间,不需要手动释放内存空间。

auto_ptr(c++98的方案,cpp11已经抛弃)
采用所有权模式。

auto_ptr< string> p1 (new string ("I reigned lonely as a cloud.”));
auto_ptr<string> p2;
p2 = p1; //auto_ptr不会报错.
此时不会报错,p2剥夺了p1的所有权,但是当程序运行时访问p1将会报错。所以auto_ptr的缺点是:存在潜在的内存崩溃问题!

unique_ptr(替换auto_ptr)
unique_ptr实现独占式拥有或严格拥有概念,保证同一时间内只有一个智能指针可以指向该对象。它对于避免资源泄露(例如“以new创建对象后因为发生异常而忘记调用delete”)特别有用。

采用所有权模式。

unique_ptr<string> p3 (new string ("auto"));   //#4
unique_ptr<string> p4;                       //#5
p4 = p3;//此时会报错!!
编译器认为p4=p3非法,避免了p3不再指向有效数据的问题。因此,unique_ptr比auto_ptr更安全。

另外unique_ptr还有更聪明的地方:当程序试图将一个 unique_ptr 赋值给另一个时,如果源 unique_ptr 是个临时右值,编译器允许这么做;如果源 unique_ptr 将存在一段时间,编译器将禁止这么做,比如:

unique_ptr<string> pu1(new string ("hello world"));
unique_ptr<string> pu2;
pu2 = pu1;                                      // #1 not allowed
unique_ptr<string> pu3;
pu3 = unique_ptr<string>(new string ("You"));   // #2 allowed
其中#1留下悬挂的unique_ptr(pu1),这可能导致危害。而#2不会留下悬挂的unique_ptr,因为它调用 unique_ptr 的构造函数,该构造函数创建的临时对象在其所有权让给 pu3 后就会被销毁。这种随情况而已的行为表明,unique_ptr 优于允许两种赋值的auto_ptr 。

「注意」:如果确实想执行类似与#1的操作,要安全的重用这种指针,可给它赋新值。C++有一个标准库函数std::move(),让你能够将一个unique_ptr赋给另一个。例如:

unique_ptr<string> ps1, ps2;
ps1 = demo("hello");
ps2 = move(ps1);
ps1 = demo("alexia");
cout << *ps2 << *ps1 << endl;
shared_ptr
shared_ptr实现共享式拥有概念。多个智能指针可以指向相同对象,该对象和其相关资源会在“最后一个引用被销毁”时候释放。从名字share就可以看出了资源可以被多个指针共享,它使用计数机制来表明资源被几个指针共享。可以通过成员函数use_count()来查看资源的所有者个数。除了可以通过new来构造,还可以通过传入auto_ptr, unique_ptr,weak_ptr来构造。当我们调用release()时,当前指针会释放资源所有权,计数减一。当计数等于0时,资源会被释放。

shared_ptr 是为了解决 auto_ptr 在对象所有权上的局限性(auto_ptr 是独占的), 在使用引用计数的机制上提供了可以共享所有权的智能指针。

成员函数:

use_count 返回引用计数的个数

unique 返回是否是独占所有权( use_count 为 1)

swap 交换两个 shared_ptr 对象(即交换所拥有的对象)

reset 放弃内部对象的所有权或拥有对象的变更, 会引起原有对象的引用计数的减少

get 返回内部对象(指针), 由于已经重载了()方法, 因此和直接使用对象是一样的.如 shared_ptrsp(new int(1)); sp 与 sp.get()是等价的

weak_ptr
weak_ptr 是一种不控制对象生命周期的智能指针, 它指向一个 shared_ptr 管理的对象. 进行该对象的内存管理的是那个强引用的 shared_ptr. weak_ptr只是提供了对管理对象的一个访问手段。weak_ptr 设计的目的是为配合 shared_ptr 而引入的一种智能指针来协助 shared_ptr 工作, 它只可以从一个 shared_ptr 或另一个 weak_ptr 对象构造, 它的构造和析构不会引起引用记数的增加或减少。weak_ptr是用来解决shared_ptr相互引用时的死锁问题,如果说两个shared_ptr相互引用,那么这两个指针的引用计数***不可能下降为0,资源***不会释放。它是对对象的一种弱引用,不会增加对象的引用计数,和shared_ptr之间可以相互转化,shared_ptr可以直接赋值给它,它可以通过调用lock函数来获得shared_ptr。

class B;
class A
{
public:
shared_ptr<B> pb_;
~A()
{
     cout<<"A delete
";
}
};
class B
{
public:
shared_ptr<A> pa_;
~B()
{
    cout<<"B delete
";
}
};
void fun()
{
    shared_ptr<B> pb(new B());
    shared_ptr<A> pa(new A());
    pb->pa_ = pa;
    pa->pb_ = pb;
    cout<<pb.use_count()<<endl;
    cout<<pa.use_count()<<endl;
}
int main()
{
    fun();
    return 0;
}
可以看到fun函数中pa ,pb之间互相引用,两个资源的引用计数为2,当要跳出函数时,智能指针pa,pb析构时两个资源引用计数会减一,但是两者引用计数还是为1,导致跳出函数时资源没有被释放(A B的析构函数没有被调用),如果把其中一个改为weak_ptr就可以了,我们把类A里面的shared_ptr pb_; 改为weak_ptr pb_; 运行结果如下,这样的话,资源B的引用开始就只有1,当pb析构时,B的计数变为0,B得到释放,B释放的同时也会使A的计数减一,同时pa析构时使A的计数减一,那么A的计数为0,A得到释放。

「注意」:不能通过weak_ptr直接访问对象的方法,比如B对象中有一个方法print(),我们不能这样访问,pa->pb_->print(); 英文pb_是一个weak_ptr,应该先把它转化为shared_ptr,如:shared_ptr p = pa->pb_.lock(); p->print();

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tpgf| | 2024-5-7 11:33 | 显示全部楼层
智能指针具有非常强大的能力,谨慎而明智的选择能带来极大的好处

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观海| | 2024-5-7 12:07 | 显示全部楼层
STL容器不支持auto_ptr原因在于copy的对象只是获得所有权的对象

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guanjiaer| | 2024-5-7 12:43 | 显示全部楼层
用const来修饰auto ptr,禁止不经意的错误

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keaibukelian| | 2024-5-7 13:29 | 显示全部楼层
在Smart Pointer中,我们将会涉及大量的 m_ObjRefcounted的操作

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heimaojingzhang| | 2024-5-7 22:20 | 显示全部楼层
Smart Pointer作为C++垃圾回收机制的核心,它必须足够强大的、具有工业强度和安全性.

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八层楼| | 2024-5-7 22:52 | 显示全部楼层
智能指针的关键技术:在于构造栈上对象的生命期控制堆上构造的对象的生命期

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亚瑟| | 2024-5-24 22:25 | 显示全部楼层
智能指针用处大吗?

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亚瑟| | 2024-5-24 22:26 | 显示全部楼层
我平时几乎没有用到啊

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yangjiaxu| | 2024-5-27 22:10 | 显示全部楼层
指针虽然便捷,但是真的难懂,一飞就不知道指哪儿去了

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