聊聊 C++ 中的几种智能指针（上）

Posted 2022-07-18 dotNET跨平台

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了聊聊 C++ 中的几种智能指针（上）相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

一：背景

我们知道 C++ 是手工管理内存的分配和释放，对应的操作符就是 new/delete 和 new[] / delete[], 这给了程序员极大的自由度也给了我们极高的门槛，弄不好就得内存泄露，比如下面的代码：

void test() 
 int* i = new int(10);
 *i = 10;


int main() 
 test();

这段代码因为用了 new 而忘了 delete，导致在 nt heap 上分配的 i 随着栈地址的回收而成了一块孤悬海外的内存占用，所以修正后的代码如下：

void test() 
 int* i = new int(10);
 *i = 10;

 delete i;


int main() 
 test();

但这种写法比较麻烦，智者千虑必有一失，总会有忘记加 delete 的时候，那怎么办呢？大家应该知道内存自动管理有两种手段。

引用计数

代表作有 Python，php，还有 windows 的句柄管理。

引用跟踪

代表作有 C#，JAVA 等一众工程化语言。

因为 引用计数 实现比较简单，主要就是记录下对象的引用次数，次数为 0 则释放，所以可完全借助 类的构造函数析构函数 和 栈的自动回收特性 弄一个简单的 引用计数 ，对应着如下四个关键词。

auto_ptr
shared_ptr
unique_ptr
weak_ptr

接下来我们逐个聊一聊。

二：关键词解析

1. auto_ptr

这是 C++ 最早出现一个的 简单引用计数法，参考代码如下：

void test() 
 auto_ptr<int> ptr = auto_ptr<int>(new int(10));


int main() 
 test();

接下来看下汇编代码：

auto_ptr<int> ptr = auto_ptr<int>(new int(10));
...
00771D26  call        std::auto_ptr<int>::auto_ptr<int> (07710FAh)  
00771D2B  lea         ecx,[ebp-0D8h]  
00771D31  call        std::auto_ptr<int>::~auto_ptr<int> (0771159h)

可以看到，它分别调用了 构造函数 和 析构函数，接下来找下 auto_ptr 这两个函数的源码。

class auto_ptr 

private:
 _Ty* _Myptr; // the wrapped object pointer

public:
 auto_ptr(auto_ptr_ref<_Ty> _Right) noexcept 
  _Ty* _Ptr = _Right._Ref;
  _Right._Ref = nullptr; // release old
  _Myptr = _Ptr; // reset this
 

 ~auto_ptr() noexcept 
  delete _Myptr;

源码一看就明白了，在构造函数中，将 new int 的地址塞给了内部的 _Myptr 指针，在析构函数中对 _Myptr 进行 delete ，真好，这样就不用整天担心有没有加 delete 啦。

值得注意的是，现在 C++ 不推荐这个了，而是建议使用新增的：shared_ptr，unique_ptr，weak_ptr, 怎么说呢？auto_ptr 有一个不好处理的问题，就是现实开发中会出现这么个场景，多个 ptr 指向同一个引用，如下图：

2. auto_ptr 多引用问题

方式1：

定义三个 ptr，然后包装同一个 new int 地址，参考代码如下：

void test() 
 int* i = new int(10);

 auto_ptr<int> ptr1(i);
 auto_ptr<int> ptr2(i);
 auto_ptr<int> ptr3(i);

这种写法有没有问题呢？肯定有问题啦，还记得 auto_ptr 的析构是 delete 吗？对同一块内存多次 delete 会抛异常的，如下图所示：

方式2：

既然定义三个有问题, 那就用赋值运算符= 让 ptr1,ptr2,ptr3 指向同一个地址是不是就可以啦？参考代码如下：

void test() 
 int* i = new int(10);

 auto_ptr<int> ptr1(i);
 auto_ptr<int> ptr2 = ptr1;
 auto_ptr<int> ptr3 = ptr2;


int main() 
 test();

那这段代码有没有问题呢？有没有问题得要看 = 运算符是如何重写的😪，扒一下源码看看。

template <class _Other>
auto_ptr& operator=(auto_ptr<_Other>& _Right) noexcept 
 reset(_Right.release());
 return *this;

_Ty* release() noexcept 
 _Ty* _Tmp = _Myptr;
 _Myptr = nullptr;
 return _Tmp;

从源码看有一个很恶心的点,他会将 _Right 下的 _Myptr 设为 nullptr,也就是说此时的 ptr1 报废了，言外之意就是后续再访问 ptr1 会抛 访问违例。