智能指针（三十一）

Posted 2020-11-08

        我们在程序开发中，难免会遇到内存泄漏。那么什么是内存泄漏呢？就是动态申请堆空间，用完后不归还。在 C++ 语言中没有垃圾回收机制，在后续的语言如 Java、C# 等高级语言中就存在垃圾回收机制，指针无法控制所指堆空间的生命周期。

        下来我们来看个示例代码

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Test
{
    int i;
public:
    Test(int i)
    {
        cout << "Test(int i)" << endl;
        
        this->i = i;
    }
    
    int value()
    {
        return i;
    }
    
    ~Test()
    {
        cout << "~Test()" << endl;
    }
};

int main()
{
    for(int i=0; i<5; i++)
    {
        Test* p = new Test(i);
        
        cout << p->value() << endl;
    }
    
    return 0;
}

        我们明显看到在 main 函数中只 new 对象了，而没有 delete 对象。我们看看运行结果

        我们看到只是进行了构造函数，并没有析构函数的打印。也就是说，有内存泄漏，但是有人会说我们的程序还是运行结束了，啥事都没有。这是因为这个程序很短，如果程序在长时间运行后，便会产生问题，而且这类问题是最难调试的。

        那么我们就会思考了：我们到底需要的是一个什么样的指针的？需要一个特殊的指针，在指针生命周期结束时能主动释放堆空间。一片堆空间最多只能由一个指针标识，必须杜绝指针运算和指针比较。那么解决方案便是重载指针特征操作符（-> 和 *），只能通过类的成员函数重载，并且重载函数不能使用参数它只能定义一个重载函数。我们称之为智能指针，下来我们来看看智能指针到底是什么样的

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Test
{
    int i;
public:
    Test(int i)
    {
        cout << "Test(int i)" << endl;
        
        this->i = i;
    }
    
    int value()
    {
        return i;
    }
    
    ~Test()
    {
        cout << "~Test()" << endl;
    }
};

class Pointer
{
    Test* mp;
public:
    Pointer(Test* p = NULL)
    {
        mp = p;
    }
    Pointer(const Pointer& obj)
    {
        mp = obj.mp;
        const_cast<Pointer&>(obj).mp = NULL;
    }
    Pointer& operator = (const Pointer& obj)
    {
        if( this != &obj )
        {
            delete mp;
            mp = obj.mp;
            const_cast<Pointer&>(obj).mp = NULL;
        }
        
        return *this;
    }
    Test* operator -> ()
    {
        return mp;
    }
    Test& operator * ()
    {
        return *mp;
    }
    bool isNull()
    {
        return (mp == NULL);
    }
    ~Pointer()
    {
        delete mp;
    }
};

int main()
{
    Pointer p1 = new Test(5);
    
    cout << p1->value() << endl;
    
    Pointer p2 = p1;
    
    cout << p1.isNull() << endl;
    
    cout << p2->value() << endl;
    
    return 0;
}

        我们在程序中定义了一个 Pointer 类，进行了一系列的操作符重载。打印 p1 的值就肯定为 5，接着将 p1 赋值给 p2，那么此时 p1 就应该为空了，因为一片空间只能有一个标识符。所以在第 78 行打印出的肯定是 1 了，最后打印的 p2 的值也就为 5 了。我们看看编译结果

        我们看到打印的结果和我们所分析的是一致的，并且它也只是进行了一次构造函数和一次析构函数。那么关于智能指针这块，我们还有条使用军规：就是它只能用来指向堆空间中的对象或者变量！那么我们在 C++ 中的智能指针是不是就类似于高级语言中的垃圾回收机制呢？当然是很相似啦。通过对智能指针的学习，总结如下：1、指针特征操作符（-> 和 *）可以被重载；2、重载指针特征符能够使用对象代替指针；3、智能指针只能用于指向堆空间中的内存；4、智能指针的意义在于最大程度的避免内存问题。

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