智能指针--转

Posted 2021-01-06 ybf-yyj

1、智能指针的作用

　　C++程序设计设计中使用堆内存是非常频繁的操作，堆内存的申请和释放都由程序员自己管理。程序员自己管理内存可以提高程序的效率，但是整体来说堆内存的管理是麻烦的，C++11中引入了智能指针的概念，方便管理内存。使用普通指针，容易造成堆内存泄露(忘记释放)，二次释放，程序发生异常时内存泄露等问题，使用智能指针能更好的管理堆内存。

智能指针从下面三个层次理解：

　　1、从较浅的层面，智能指针是利用叫做RALL(资源获取即初始化)的技术对普通的指针进行封装，这使得智能指针实质是一个对象，行为表现的却像一个指针。

　　2、智能指针的作用是防止忘记调用delete释放内存和程序异常的进入catch块忘记释放内存。另外指针的释放时机也是非常有讲究的，多次释放同一个指针会造成程序崩溃，这些都可以通过智能指针来解决。

　　3、智能指针还有一个作用是把值语义转换成引用语义。

2、智能指针的使用

智能指针在C++11版本之后提供，包含在头文件<memory>中，shared_ptr、unique_ptr、weak_ptr

2.1、shared_ptr的使用

shared_ptr多个指针指向相同的对象。shared_ptr使用引用计数，每一个shared_ptr的拷问都指向相同的内存。每使用它一次，内部的引用计数加1，每析构一次，内部的引用计数减1，减为0时，自动删除所指向的堆内存。

shared_ptr内部的引用计数是线程安全的，但是对象的读取需要加锁。

　　1、初始化。智能指针是个模板类，可以指定类型，传入指针通过构造函数初始化。也可以使用make_share函数初始化。不能将指针直接赋值给一个智能指针，一个是类，一个是智能指针。

　　2、拷贝和赋值。拷贝使得对象的引用计数增加1，赋值使得原对象引用计数减1，当计数为0时，自动释放内存。后来指向的对象引用计数加1，指向后来的对象。

　　3、get函数获取原始指针。

　　4、注意不要用一个原始指针初始化多个shared_ptr，否则会造成二次释放同一内存。

　　5、注意避免循环引用，shared_ptr的一个最大的陷阱是循环引用，循环引用会导致堆内存无法正确释放，导致内存泄露。循环引用在weak_ptr中介绍。

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;

int main(){
    int a=10;
    shared_ptr<int> spa1=make_shared<int>(a);//最安全的分配和使用动态内存的标准库函数，它在动态内存中分配一个对象并初始化它，返回一个指向此对象的shared_ptr
    shared_ptr<int> spa2(spa1);//copy
    cout<<spa1.use_count()<<endl;//2

    int b=20;
    int *p=&a;
    //shared_ptr<int> sp3=p; 错误
    shared_ptr<int> spb1=make_shared<int>(b);
    spa2=spb1;
    p=spb1.get();//获取原始指针

    cout<<spa1.use_count()<<endl;//1
    cout<<spb1.use_count()<<endl;//2
    cout<<*spa1<<endl;//10
    cout<<*spa2<<endl;//20
    cout<<*spb1<<endl;//20
    return 0;
}

2.2、unique_ptr的使用

unique_ptr“唯一”拥有其所指向对象，同一时刻只能有一个unique_ptr指向给定对象(通过禁止拷贝语义、只有移动语义来实现)。相比与原始指针unique_ptr用于其RALL的特性，使得在出现异常的情况下，动态资源能得到释放。unique_ptr指针本身的生命周期：从unique_ptr指针创建时开始，直到离开作用域。离开作用域时，则将其所指对象销毁(默认使用delete操作符，用户可以指定其它操作)。unique_ptr指针与其所指对象的关系：在智能指针生命周期内，可以改变智能指针所指对象，如创建智能指针时通过构造函数指定、通过reset方法重新指定、通过release方法释放所有权、通过移动语义转移所有权。

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;

int main(){
    unique_ptr<int> up(new int(10)); //绑定动态对象
//    unique_ptr<int> up1=up;  不能赋值
//    unique_ptr<int> up2(up);  不能拷贝
    cout<<*up<<endl;
    if(up) cout<<"up指向了一个对象"<<endl; //up指向了一个对象
    else cout<<"up并没有指向了一个对象"<<endl;
    
    unique_ptr<int> up3=move(up); //转换所有权
    cout<<*up3<<endl;
    if(up) cout<<"up指向了一个对象"<<endl;
    else cout<<"up并没有指向了一个对象"<<endl; //up并没有指向了一个对象
    
    up.release(); //释放所有权
    return 0;
}

2.3、weak_ptr的使用

weak_ptr是为了配合shared_ptr而引入的一种智能指针，因为它不具有普通指针的行为，没有重载operator*和->，它的最大作用在于协助shared_ptr工作，像旁观者那样观测资源的使用情况。weak_ptr可以从一个shared_ptr或者另一个weak_ptr对象构造，获得资源的观测权。但weak_ptr没有共享资源，它的构造不会引起指针引用计数的增加。一旦最后一个指向对象的shared_ptr被销毁，对象就会被释放，即使有weak_ptr指向对象，对象也会被释放。

weak_ptr<T> w 　//空weak_ptr可以指向类型为T的对象

w.reset()　　//将w置空

w.use_count()　　//与w共享对象的shared_ptr的数量

w.expired()　　//若w.use_count()为0，返回true，否则返回false

w.lock()　　//如果expired为true，返回一个空shared_ptr，否则返回一个指向w的对象的shared_ptr

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;

int main(){
    shared_ptr<int> sp=make_shared<int>(10);
    cout<<sp.use_count()<<endl;//1

    weak_ptr<int> wp(sp);
    cout<<wp.use_count()<<endl;//1

    if(!wp.expired()){
        shared_ptr<int> sp1=wp.lock();
        *sp=100;
        cout<<wp.use_count()<<endl;//2
    }
    return 0;
}

 参考地址：https://www.cnblogs.com/wxquare/p/4759020.html、《C++ primer》