shared_ptr 用法

Posted 2020-11-12 人生天地之间，若白驹之过隙，忽然而已

引入

shared_ptr 是c++为了提高安全性而添加的智能指针，方便了内存管理。

特点

shared_ptr 是通过指针保持对象共享所有权的智能指针。多个 shared_ptr 对象可占有同一对象。这便是所谓的引用计数（reference counting）。一旦最后一个这样的指针被销毁，也就是一旦某个对象的引用计数变为0，这个对象会被自动删除。这在非环形数据结构中防止资源泄露很有帮助。使得指针可以共享对象，并且不用考虑内存泄漏问题

shared_ptr 可以支持普通指针的所有操作，完全可以像操作普通指针一样操作智能指针。
shared_ptr 可以通过三种方式得到（拷贝初始化，定义delete操作的方式不在罗列，只讨论初始化指针所指对象来源）：
1.通过一个指向堆上申请的空间的指针初始化（切记不要用栈上的指针，否则，当智能指针全部释放控制权（栈中的对象离开作用域本身就会析构一次），将会析构对象，导致出错）
2.通过make_shared函数得到
3.通过另外一个智能指针初始化

    int *a = new int(8);
    std::shared_ptr<int> p1(a);

    auto b = std::make_shared<int>(2);

    auto c(b);

注意事项

1. 使用原生指针多次初始化

class Base
{
public:
    Base() {
        printf("con\n");
    }
    ~Base() {
        printf("decon\n");
    }
};


int main()
{
    Base *a = new Base();

    std::shared_ptr<Base> p1(a);
    std::shared_ptr<Base> p2(a);
    
    return 0;
}

这段代码，导致调用一次构造函数，两次析构函数

2. 使用一个 shared_ptr 的 get() 初始化另一个 shared_ptr

    Base *a = new Base();

    std::shared_ptr<Base> p1(a);
    std::shared_ptr<Base> p2(p1.get());

cppreference 指明这是未定义行为

3. 使用 shared_ptr 包装 this 指针

class Base
{
public:
    Base() {
        printf("con\n");
    }
    ~Base() {
        printf("decon\n");
    }

    std::shared_ptr<Base> sget() {
        return std::shared_ptr<Base>(this);
    }
};


int main()
{
    Base b;
    std::shared_ptr<Base> p = b.sget();
    
    return 0;
}

这会调用两次析构函数。一次是b对象析构时，一次是智能指针销毁时

正确的使用方法是：

class Base : public std::enable_shared_from_this<Base>
{
public:
    Base() {
        printf("con\n");
    }
    ~Base() {
        printf("decon\n");
    }

    std::shared_ptr<Base> sget() {
        return shared_from_this();
    }
};


int main()
{
    std::shared_ptr<Base> b = std::make_shared<Base>();
    std::shared_ptr<Base> a = b->sget();
    
    return 0;
}

enable_shared_from_this 能让其一个对象（假设其名为 t ，且已被一个 std::shared_ptr 对象 pt 管理）安全地生成其他额外的 std::shared_ptr 实例（假设名为 pt1, pt2, ... ） ，它们与 pt 共享对象 t 的所有权。

4. shared_ptr 包装数组

shared_ptr 不能直接包装数组，需要指定数组的析构函数。不过 shared_ptr 不支持取下标操，unique_ptr 是支持的

class Base
{
public:
    Base() {
        printf("con\n");
    }
    ~Base() {
        printf("decon\n");
    }
};


int main()
{
    std::shared_ptr<Base> a(new Base[2], [] (Base* p) {
        delete[] p;
    });
    
    return 0;
}

 5. 循环引用

class A;
class B;

using sa = std::shared_ptr<A>;
using sb = std::shared_ptr<B>;

class A
{
public:
    A() {
        printf("A con\n");
    }
    ~A() {
        printf("A decon\n");
    }

    sb b_;
};

class B
{
public:
    B() {
        printf("B con\n");
    }
    ~B() {
        printf("B decon\n");
    }
    
    sa a_;
};

int main(int argc, char const *argv[])
{
    sa a(new A);
    sb b(new B);
    
    a->b_ = b;
    b->a_ = a;
    
    return 0;
}

对象 a 和 b 都未被析构

正确的方法是使用 weak_ptr 代替 shared_ptr

class A;
class B;

using sa = std::shared_ptr<A>;
using sb = std::shared_ptr<B>;

class A
{
public:
    A() {
        printf("A con\n");
    }
    ~A() {
        printf("A decon\n");
    }

    std::weak_ptr<B> b_;
};

class B
{
public:
    B() {
        printf("B con\n");
    }
    ~B() {
        printf("B decon\n");
    }
    
    std::weak_ptr<A> a_;
};

int main(int argc, char const *argv[])
{
    sa a(new A);
    sb b(new B);
    
    a->b_ = b;
    b->a_ = a;
    
    return 0;
}

 6. 多线程中使用 shared_ptr

shared_ptr的引用计数本身是安全且无锁的，但对象的读写则不是，因为 shared_ptr 有两个数据成员，读写操作不能原子化。shared_ptr 的线程安全级别和内建类型、标准库容器、std::string 一样，即：

• 一个 shared_ptr 对象实体可被多个线程同时读取
• 两个 shared_ptr 对象实体可以被两个线程同时写入，“析构”算写操作
• 如果要从多个线程读写同一个 shared_ptr 对象，那么需要加锁