使用TR1的智能指针

Posted 2021-01-21 stultz-lee

作为C++程序员，在没有智能指针，手动管理内存的蛮荒岁月里，可以说是暗无天日，痛苦异常。直到上帝说，还是要有光，于是智能指针进了标准。C++码农的日子总算好起来了。

虽然一直鄙视着没有显式指针的语言，但是对其自动垃圾回收机制还是翘首以盼的，TR1的智能指针总算可以拿来慰藉下了。

要使用VS2008 SP1的智能指针，我们需要加入头文件memory.h(linux 下是 tr1memory.h)，

智能指针主要是 auto_ptr, shared_ptr, weak_ptr, unique_ptr ;其中模板auto_ptr是C++98提供的解决方案，C+11已将其摒弃。然而，虽然auto_ptr被摒弃，但它已使用了好多年.因为auto_ptr潜在的内存奔溃问题,所以不推荐使用它,本文也不准备讨论该指针.另外unique_ptr在Tr1中还未引入.

Show me The Code

namespace tr1SharedPoint
{
class Ap
{
public:
    Ap(){
        std::cout << "Ap Construct"<<std::endl;
    };
    ~Ap(){
        std::cout << "Ap Destruct"<<std::endl;
    };
    void pointerOutput(){
        std::cout << "Use smart pointer to use me "<<std::endl;
    }
};
typedef std::tr1::shared_ptr<Ap> spAp;
}

测试代码

tr1SharedPoint::Ap *ap = new tr1SharedPoint::Ap;
ap->pointerOutput();

执行结果：

Ap Construct
Use smart pointer to use me

可见，这里没有调用析构函数，内存泄漏就此发生了，需要在测试代码中 加入 delete ap补救之，也就是我们以前经常做的事情。

• shared_ptr基本使用

修改测试代码：

tr1SharedPoint::spAp ap(new tr1SharedPoint::Ap);
ap->pointerOutput();

执行结果：

Ap Construct
Use smart pointer to use me
Ap Destruct

如此，一个指针的完美闭环就此产生了。我们不需要再手动添加delete语句，等到share_prt的作用域消失时，将自动调用Ap类的析构函数。很多局部锁的类也是如此构造的；

• weak_ptr基本使用
  上面的代码 无法使用weak_ptr直接替换shared_ptr,因为weak_ptr是一种不控制指向对象生存期的智能指针,它指向一个shared_ptr管理的对象.调用lock()将返回一个shared_ptr对象,通过判断该值可以知道weak_ptr指向的内存是否已经被释放.

typedef  std::tr1::weak_ptr<Ap> wpAp;
tr1SharedPoint::wpAp wp = ap;//一个weak_ptr可以直接由一个shared_ptr赋值

测试代码如下:

tr1SharedPoint::wpAp wp;
{
    tr1SharedPoint::spAp ap(new tr1SharedPoint::Ap);

    wp = ap;
    if(wp.lock()){
        std::cout << "ap not Destruct" <<std::endl;
        std::cout <<"refence Num " <<wp.use_count() <<std::endl;
    }

    ap->pointerOutput();
}
    if(!wp.lock()){
        std::cout << "ap IS Destruct" <<std::endl;
        std::cout <<"refence Num " <<wp.use_count() <<std::endl;
    }

运行结果

Ap Construct
ap not Destruct
refence Num 1
Use smart pointer to use me
Ap Destruct
ap IS Destruct
refence Num 0

以上可知,weak_ptr能通过lock()判断其管理的shared_ptr是否释放,通过use_count()知道shared_ptr被引用的次数

可是 只了解这么一点知识就可以了么？

答案是，可能是的。如果你只是个总忘记调用delete的C++程序员。有兴趣的可以继续阅读.

知道更多

按上面的智能指针的用法,我们使用了new运算符,却没有显式的delete,造成了代码的不对称感,为了消除这种不对称,而又使用智能指针,我们最合适的方案是使用make_shared函数来声明内存的分配,可惜的是,TR1中并没有包含这个函数,限于本文的标准范围,我们只能通过boost等三方库来支持,可是如果使用了boost的内存语法,又没有必要使用TR1了.一个可能的方案就是把new给封装起来,眼不见为静.后期介绍C++11后,我们再来研究现在C++是如何完整的处理动态内存问题的.其实,这个问题在C++ Primer中有很详细的介绍.

坚持只使用智能指针,就可以避免 1.忘记delete内存 2.使用已经释放掉的对象 3.同一块内存释放两次 这3类问题,对于一块内存,只有在没有任何智能指针指向它的情况下,智能指针才会自动释放它.

• 在可能循环引用的类中,使用weak_ptr
  weak_ptr更常用的用法是解决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永远不可能下降为0,资源永远不会释放。

class A;
class B;

typedef std::tr1::shared_ptr<A> APtr;
typedef std::tr1::shared_ptr<B> BPtr;
typedef std::tr1::weak_ptr<A> AWeakPtr;
typedef std::tr1::weak_ptr<B> BWeakPtr;

class A {
public:
  BWeakPtr b; // 注意这里
  ~A () {
    printf ("A released
");
  }

};

class B {
public:
  AWeakPtr a; // 注意这里
  ~B () {
    printf ("B released
");
  }

  void output () {
    printf ("I'm B
");
  }
};

int main () {
  APtr a(new A());
  BPtr b(new B());

  a->b = b;
  b->a = a;

  BPtr b2(a->b.lock());
  b2->output();

  return 0;
}

运行结果

I'm B
B released
A released

可见,这里的A和B都能被正确释放了;

• 使用 std::tr1::enable_shared_from_this 作为基类。比如：

class A : public std::tr1::enable_shared_from_this<A>
{
public:
    std::tr1::shared_ptr<A> getSharedPtr() {
    return shared_from_this();
  }
};

当使用了 shared_ptr 的时候，我们可能需要在所有的地方都使用它，否则就不容易达到管理生存期的目的了。但有的时候，我们手头上只有对象的原始指针，比如在对象的函数内部，我们只有 this。这就迫切的需要一个功能：如何从对象的裸指针中，生成我们需要的 shared_ptr。

有人可能会觉得这个简单，shared_ptr a(this); 不就行了么？很遗憾的告诉你，这样不行，会出问题。为什么呢？因为这里的 a，手中对 this 的引用计数只有 1，它无法知道其他地方智能指针对 this 这个指针（就是这个对象）的引用情况，因此当 a 的生命周期结束（比如函数返回）的时候，this 就会被它毫不留情的释放掉，其他地方的相关智能指针，手中拿着的该对象指针已经变成非法。因此,我们需要使用std::tr1::enable_shared_from_this 作为基类将类的this指针的引用导出来.

参考阅读