聊聊 C++ 中的几种智能指针（下）

Posted 2022-08-04 dotNET跨平台

一：背景

上一篇我们聊到了C++ 的  auto_ptr ，有朋友说已经在 C++ 17 中被弃用了，感谢朋友提醒，今天我们来聊一下 C++ 11 中引入的几个智能指针。

1. unique_ptr

2. shared_ptr

3. weak_ptr

看看它们都怎么玩。

二：三大智能指针详解

1. unique_ptr

上一篇在说 auto_ptr 的时候聊过一个术语叫 控制权转移，言外之意就是下面的代码会 访问违例 。

void test() 
 int* i = new int(10);

 auto_ptr<int> ptr1(i);
 auto_ptr<int> ptr2 = ptr1;  //将 ptr1 的控制台送给了 ptr2

 cout << *ptr1 << endl;


int main() 
 test();

这段代码用了赋值运算符，可能是程序员的无心之举，却引来程序的崩溃，那能不能规避下这种 无心 的行为呢? 当然是可以的，屏蔽掉 auto_ptr 中的赋值运算符不就可以了哈，C++ 中的 unique_ptr 就是这么实现的，可以看下源码。

class unique_ptr 

public:
 unique_ptr(const unique_ptr&) = delete;
 unique_ptr& operator=(const unique_ptr&) = delete;
;

可以看到，unique_ptr 将 =，复制构造函数 都给屏蔽了，所以再硬写的话，必然是报错。

2. shared_ptr

这个算是纯正的 引用计数，高级语言中的 引用跟踪 经常会拿它做比较，说它存在循环引用等各种问题。

在循环引用之前，先说下它的简单用法。

void test() 
 int* i = new int(10);
 shared_ptr<int> ptr1(i);
 shared_ptr<int> ptr2 = ptr1;
 shared_ptr<int> ptr3 = ptr2;

 printf("ptr.refcnt= %d, ptr2.refcnt=%d, ptr3.refcnt=%d \\n", 
               ptr1.use_count(), 
               ptr2.use_count(), 
               ptr3.use_count());


int main() 
 test();

再看下源码，大概在内部共同维护了对 _Ref_count_base 引用。

class _Ref_count_base 
private:
 _Atomic_counter_t _Uses = 1;
 _Atomic_counter_t _Weaks = 1;

很显然当所有的析构函数将 _Uses 降为 0 的时候就会对 i 进行释放，参考源码如下：

class shared_ptr : public _Ptr_base<_Ty> 
 ~shared_ptr() noexcept  // release resource
  this->_Decref();
 


class _Ref_count_base 

 void _Decref() noexcept  // decrement use count
  if (_MT_DECR(_Uses) == 0) 
   _Destroy();
   _Decwref();
  
 

原理大概摸清楚了，接下来看下循环引用，它最大的问题就是让 _Uses 永远也不会为 0，

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class BClass;

class AClass

public:
 int i = 10;
 shared_ptr<BClass> b;
;


class BClass

public:
 int i = 11;
 shared_ptr<AClass> a;
;

void test() 

 AClass* a = new AClass();
 BClass* b = new BClass();

 shared_ptr<AClass> aclass(a);
 shared_ptr<BClass> bclass(b);

 aclass->b = bclass;
 bclass->a = aclass;

 printf("a.refcnt=%d, b.refcnt=%d, a=%x,b=%x \\n", aclass.use_count(), bclass.use_count(), &(*a), &(*b));


int main() 
 test();

接下来可以在 main 方法结束的地方观察 a,b 所有的 heap 块的内存内容是否被释放? 可以清楚的看到还在那里。。. 如下图所示：

这就是 循环引用 造成的问题，这时候就需要用到 weak_ptr 了。

3. weak_ptr

弱引用就是它的引用不改变对原对象中 _Uses 的引用，接下来将 AClass 和 BClass 中的 shared_ptr 改成 weak_ptr 版。

class AClass

public:
 int i = 10;
 weak_ptr<BClass> b;
;


class BClass

public:
 int i = 11;
 weak_ptr<AClass> a;
;

从图中可以看到，此时 refcnt=1, 再观察下地址 0x007f71a8 的内容，可以发现已经被释放啦。

好了，今天我们就聊这么多，希望对大家有帮助。