智能指针循环引用--转

Posted 2021-01-07 ybf-yyj

　　在智能指针中shared_ptr用来计算指向对象的指针的个数，但是如果先执行shared_ptr1=shared_ptr2，再执行shared_ptr2=shared_ptr1，这样shared_ptr1.count()和shared_ptr2.count()都为1，这就造成了循环引用，循环引用会导致堆内存无法正确释放，导致内存泄露。

　　考虑一个简单的对象——家长与子女：a Parent has a Child,a Child Knows his parent。在C++中，如果使用原始指针作为成员，Child和Parent由谁释放？如何保证指针的有效性？如何防止出现悬空指针？这里就需要利用智能指针去实现，智能指针可以将对象语义转变为值语义，shared_ptr能轻松的解决生命周期的问题，不必担心悬空指针。但是这个模型存在循环引用的问题，就需要利用weak_ptr。

原始指针的做法(容易出错)：

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

class Parent;
class Child;

class Parent{
private:
    Child* myChild;
public:
    void setChild(Child* ch){
        this->myChild=ch;
    }
    void dosomething(){
        if(this->myChild){
            cout<<"Parent"<<endl;
        }
    }
    ~Parent(){
        delete myChild;
    }
};

class Child{
private:
    Parent* myParent;
public:
    void setParent(Parent* p){
        this->myParent=p;
    }
    void dosomething(){
        if(this->myParent){
            cout<<"Child"<<endl;
        }
    }
    ~Child(){
        delete myParent;
    }
};

int main(){

    {
        Parent *p=new Parent;
        Child *c=new Child;
        p->setChild(c);
        c->setParent(p);
        p->dosomething();   //Parent
        c->dosomething();   //Child
        delete c; //仅删除这一个
//        p->dosomething(); 不能访问
    }
    return 0;
}

循环引用内存泄露的写法：

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

class Parent;
class Child;

class Parent{
private:
    shared_ptr<Child> myChild;
public:
    void setChild(shared_ptr<Child> ch){
        this->myChild=ch;
    }
    void dosomething(){
        if(this->myChild.use_count()){
            cout<<"Parent"<<endl;
        }
    }
    ~Parent(){
    }
};

class Child{
private:
    shared_ptr<Parent> myParent;
public:
    void setParent(shared_ptr<Parent> p){
        this->myParent=p;
    }
    void dosomething(){
        if(this->myParent.use_count()){
            cout<<"Child"<<endl;
        }
    }
    ~Child(){
    }
};

int main(){
    weak_ptr<Parent> wpp;
    weak_ptr<Child> wpc;
    {
        shared_ptr<Parent> p(new Parent);
        shared_ptr<Child> c(new Child);
        p->setChild(c);
　　　　 cout<<p.use_count()<<endl;//1
　　　　 cout<<c.use_count()<<endl;//2
        c->setParent(p);
        cout<<p.use_count()<<endl;//2
        cout<<c.use_count()<<endl;//2
        wpp=p;
        wpc=c;
    }
    //超出该域，p、c都已被析构，但是weak_ptr显示p、c的引用都为1
    cout<<wpp.use_count()<<endl;//1
    cout<<wpc.use_count()<<endl;//1
    return 0;
}

正确做法是：

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

class Parent;
class Child;

class Parent{
private:
    weak_ptr<Child> myChild;
public:
    void setChild(shared_ptr<Child> ch){
        this->myChild=ch;
    }
    void dosomething(){
        if(this->myChild.lock()){
            cout<<"Parent"<<endl;
        }
    }
    ~Parent(){
    }
};

class Child{
private:
    shared_ptr<Parent> myParent;
public:
    void setParent(shared_ptr<Parent> p){
        this->myParent=p;
    }
    void dosomething(){
        if(this->myParent.use_count()){
            cout<<"Child"<<endl;
        }
    }
    ~Child(){
    }
};

int main(){
    weak_ptr<Parent> wpp;
    weak_ptr<Child> wpc;
    {
        shared_ptr<Parent> p(new Parent);
        shared_ptr<Child> c(new Child);
        p->setChild(c);
        cout<<p.use_count()<<endl;//1
        cout<<c.use_count()<<endl;//1
        c->setParent(p);
        cout<<p.use_count()<<endl;//2
        cout<<c.use_count()<<endl;//1
        wpp=p;
        wpc=c;
    }

    cout<<wpp.use_count()<<endl;//0
    cout<<wpc.use_count()<<endl;//0
    return 0;
}

　　下面是一个简单智能指针的demo。智能指针类将一个计数器与类指向的对象相关联，引用计数跟踪该类有多少个对象共享同一指针。每次创建类的新对象时，初始化指针并将引用计数置为1；当对象作为另一对象的副本而创建时，拷贝构造函数拷贝指针并增加与之相应的引用计数；对一个对象进行赋值时，赋值操作符减少左操作数所指对象的引用计数（如果引用计数为减至0，则删除对象），并增加右操作数所指对象的引用计数；调用析构函数时，构造函数减少引用计数（如果引用计数减至0，则删除基础对象）。智能指针就是模拟指针动作的类。所有的智能指针都会重载 -> 和 * 操作符。智能指针还有许多其他功能，比较有用的是自动销毁。这主要是利用栈对象的有限作用域以及临时对象（有限作用域实现）析构函数释放内存。

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

template<typename T>
class smartPointer{
private:
    T* _ptr;
    size_t* _count;
public:
    smartPointer(T* ptr=nullptr):_ptr(ptr){//构造函数
        if(_ptr){
            _count=new size_t(1);
        }
        else{
            _count=new size_t(0);
        }
    }

    smartPointer(const smartPointer& ptr){//拷贝构造函数
        if(this !=&ptr){
            this->_ptr=ptr._ptr;
            this->_count=ptr._count;
            (*this->_count)++;
        }
    }

    smartPointer& operator =(const smartPointer& ptr){//赋值构造函数
        if (this->_ptr == ptr._ptr) {
            return *this;
        }

        if(this->_ptr){
            (*this->_count)--;
            if(*this->_count==0){
                delete this->_ptr;
                delete this->_count;
            }
        }

        this->_ptr=ptr._ptr;
        this->_count=ptr._count;
        (*this->_count)++;
        return *this;
    }

    T& operator *(){//重载操作符
        assert(this->_ptr==nullptr);
        return this->_ptr;
    }

    T& operator->(){//重载操作符
        assert(this->_ptr==nullptr);
        return this->_ptr;
    }

    ~smartPointer(){//析构函数
        (*this->_count)--;
        if(*this->_count==0){
            delete this->_ptr;
            delete this->_count;
        }
    }

    size_t use_count(){
        return *this->_count;
    }
};

int main()
{
    {
        smartPointer<int> sp(new int(10));
        smartPointer<int> sp2(sp);
        smartPointer<int> sp3(new int(20));
        sp=sp3;
        cout<<sp.use_count()<<endl;//1
        cout<<sp2.use_count()<<endl;//2
        cout<<sp3.use_count()<<endl;//2
    }
    {
        shared_ptr<int> sp(new int(10));
        shared_ptr<int> sp2(sp);
        shared_ptr<int> sp3(new int(20));
        sp=sp3;
        cout<<sp.use_count()<<endl;//1
        cout<<sp2.use_count()<<endl;//2
        cout<<sp3.use_count()<<endl;//2
    }
    return 0;
}

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