关于智能指针的研究

Posted 2021-02-18 songyuchen

最近面试的时候面试官问了我一个问题。unique_ptr和shared_ptr到底有什么区别？我一时语塞。回来之后我痛定思痛，决定好好的研究一下智能指针的问题。现在已经研究的差不多了，决定好好的总结一下。

　　一、智能指针的用途

　　二、智能指针的特性

　　三、智能指针的种类与用途

　　　　3.1 最原始的智能指针auto_ptr

　　　　3.2 独一无二的智能指针unique_ptr

　　　　3.3 可以共享的指针shared_ptr

　　　　3.4 智能指针的用途

　　　　　　3.4.1 智能指针的用途

　　　　　　3.4.2 unique_ptr和shared_ptr的用途

 

　　四、总结

　　一、智能指针的用途

　　首先我们先设置一种场景，假如我们当前有一个类，类中存放着一个指针用来保存字符串，那么我们应该怎么写呢？

　　class CopyConstructor

　　{

　　public:

    　　char *p;

　　public:

    　　CopyConstructor(char *str);

    　　virtual ~CopyConstructor();

    　　CopyConstructor(CopyConstructor &m_copCon);

    　　CopyConstructor operator = (const CopyConstructor &m_copCon);

 

    　　void print();

　　};

　　好的，那么我们再构造函数中如果想要初始化字符串可以这样写。　　

　　CopyConstructor::CopyConstructor(char *str)

　　{

　　　　cout<<"CopyConstructor::CopyConstructor"<<endl;

　　　　p = new char[strlen(str) + 1];

　　　　strncpy(p, str, strlen(str) + 1);

　　}

　　

　　如果我们现在提出一个需求，就是要让两个对象之间可赋值，就像这样：

　　CopyConstructor copConFirst(str);

       CopyConstructor copConSecond(str2);

        copConSecond = copConFirst;

　　但是如果这样写的话就会面临一个问题，就是析构函数怎么写？换句话说再析构函数中是否使用delete函数回收之前new出来的空间。那么我们分析一下这个问题

　　假如我们不写delete函数，那么当然程序就会导致内存泄漏了，这个恐怕是不成的。

　　假如我们写delete函数，那么会导致一个什么结果呢？它只拷贝了指针，但是实际delete掉的是同一个内存空间，会直接导致段错误的。

　　好的，为了解决这个问题，我们有三种方法可以解决：

　 （1）写一个运算符重载函数，重载=，关于这个的写法请大家参考我的博客《关于拷贝构造函数和运算符重载的问题》。

　 （2）使用智能指针。

 

　　二、智能指针的特性

 　　那么为什么智能指针能解决上述问题呢?因为他有两个特性。第一个特性就是自动进行delete,换句话说就算你不写delete那么它也能再最后回收那块空间，绝对不会说内存泄漏这种情况发生。第二个特性就是智能指针是一个指针跟一个空间相对应。（我们先不讨论shared_ptr）。这样就不会导致delete两次了。

　　三、智能指针的种类和用途

 　　3.1 最原始的智能指针auto_ptr

　　　　auto_ptr是最原始的智能指针。他有以下几个特性：1、只要是c++的版本，都能使用auto_ptr，不像后面两种必须使用c++11的版本才行。2、auto_ptr再相互赋值时，会先把原来的指针移成空，然后再把新来的指针指向原来的指针指向的空间。3、auto_ptr只能支持delete，不支持delete []。当然了，它的特性来说的话还是都支持的。

　　3.2 独一无二的智能指针unique_ptr

　　　　正因为有上述第二，第三两个问题，因此c++11才出了unique_ptr，它的特性如下：1、unique_ptr是只有c++11版本才能使用的。因此再编译或者再编写makefile的时候要注意以下。2、unique_ptr再相互赋值的时候不能使用=（即copConSecond = copConFirst这样写不可以的）。必须要有恰当的函数。3、unique_ptr可以支持delete []。

　　　　这里稍微说以下如何用unique_ptr进行相互赋值，这当中有三种情况，第一种情况是两个指针都是unique_ptr，第二个情况是我要把unique_ptr变成普通指针，第三种情况是我要把普通指针变成unique_ptr。我们举个例子　

　　unique_ptr <AutoPtr> autoPtrFirst(new AutoPtr(1));

       unique_ptr <AutoPtr> autoPtrSecond(new AutoPtr(2));

　　AutoPtr *p = NULL;

　　好，我们针对以上三种情况进行讨论。

　　第一种情况：假如我们要把autoPtrSecond指向autoPtrFirst那么我们应该怎么做呢？我们可以这样写。autoPtrSecond = std::move(autoPtrFirst),即把First指针移动走，只留下Second指针。
　　第二种情况：如果我要把unique_ptr指针变成普通指针应该怎么做呢？我们可以这样写。p = autoPtrFirst.release()，这样我们就可以把autoPtrFirst移动走，然后让p指向原来的地址空间了。

　　第三种情况：如果我们要把普通指针变成unique_ptr指针应该怎么做呢？我们可以这样写。autoPtrFirst.reset(p)，这样我们就可以将autoPtrFirst指向p了。

 

　　3.3 可以进行共享的指针

　　好的，那么我们看完了前两种智能指针我们可能会产生一个问题：为啥不能两个智能指针指向同一块内存空间呢？答案是可以的。我们使用shared_ptr就可以了。

　　关于shared_ptr里面的实现方法我们再这里不做过多的研究和探讨。我们只研究shared_ptr里面的特性。它的特性有如下几点：1、shared_ptr是只有c++11版本才能使用的。因此再编译或者再编写makefile的时候要注意一下。2、shared_ptr和前两者最大的不同在于它支持两个指针指向同一块内存。3、shared_ptr支持delete []。

　　3.4 智能指针的用法

　　　　3.4.1 智能指针的用途

　　　　　　智能指针对于动态分配内存来说非常的方便，但是有以下几个缺点：

　　　　　　1、智能指针相当于是传指针，这样比传对象要麻烦不少。　　

　　　　　　2、智能指针不太容易知道什么时候结束这个对象，因此对我们分析代码不是一个好的选择。

　　　　3.4.2 关于unique_ptr和shared_ptr的用途

　　　　　　首先说明一下，auto_ptr这个基本上到c++11以后就被弃用了，基本用的还是后两种。前者一般来说有比较好的安全管理机制，后者来说比较方便。所以各有优劣。

　　四、总结

　　　　本文主要研究了智能指针的用途，种类，区别等等。