c++ 智能指針基礎(chǔ)詳解

更新時(shí)間：2021年02月18日 17:03:43 作者：Er_HU

這篇文章主要介紹了c++ 智能指針基礎(chǔ)的相關(guān)資料，幫助大家更好的理解和學(xué)習(xí)使用c++，感興趣的朋友可以了解下

簡(jiǎn)介

在現(xiàn)代 C++ 編程中，標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)包含了智能指針(Smart pointers)。

智能指針用來確保程序不會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存和資源的泄漏，并且是"異常安全"(exception-safe)的。

智能指針的使用

智能指針定義在頭文件 memory 里的命名空間 std 中。它對(duì)于資源獲取即初始化(RAII, Resource Acquisition Is Initialization) 編程理念至關(guān)重要。該理念的目的是保證對(duì)象初始化的時(shí)候也是資源獲取的時(shí)候，從而使對(duì)象的所有資源在單行代碼中創(chuàng)建。

實(shí)踐中，RAII 的主要原則就是把任何在堆上分配的資源(比如動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存或者系統(tǒng)對(duì)象的處理)的所有權(quán)提供給在棧上分配的對(duì)象(其析構(gòu)函數(shù)包含釋放資源及相關(guān)清理的代碼)。

大多數(shù)時(shí)候，當(dāng)你初始化一個(gè)原始指針或者資源句柄使其指向?qū)嶋H的資源時(shí)，立即將其傳給智能指針。

在現(xiàn)代 C++ 中，原始指針只用于包含在局部作用域，循環(huán)或者工具函數(shù)的小塊代碼中(對(duì)性能有要求，并且對(duì)資源的所有權(quán)也不容易混淆)。

原始指針和智能指針的聲明比較如下：

void UseRawPointer()
{
 // Using a raw pointer -- not recommended.
 Song* pSong = new Song(L"Nothing on You", L"Bruno Mars"); 

 // Use pSong...

 // Don't forget to delete!
 delete pSong; 
}

void UseSmartPointer()
{
 // Declare a smart pointer on stack and pass it the raw pointer.
 unique_ptr<Song> song2(new Song(L"Nothing on You", L"Bruno Mars"));

 // Use song2...
 wstring s = song2->duration_;
 //...

} // song2 is deleted automatically here.

如上所示，智能指針是一個(gè)在棧上聲明的類模板，并由指向分配在堆上的對(duì)象的原始指針初始化。當(dāng)智能指針初始化后，它就擁有了原始指針的所有權(quán)。這意味著智能指針需要負(fù)責(zé)原始指針指向的內(nèi)存釋放。智能指針的析構(gòu)函數(shù)包含了 delete 的調(diào)用，并且由于智能指針是在棧上聲明的，其析構(gòu)函數(shù)會(huì)在智能指針對(duì)象離開作用域時(shí)被調(diào)用，即使在棧中發(fā)生了異常。

通過使用指針運(yùn)算符(-> 和 *)訪問被封裝的指針，智能指針類重載了這些運(yùn)算符以返回被封裝的原始指針。

C++ 智能指針的理念類似于在 C# 語(yǔ)言中創(chuàng)建對(duì)象的過程：創(chuàng)建對(duì)象后讓系統(tǒng)負(fù)責(zé)在正確的時(shí)間將其刪除。不同之處在于，沒有獨(dú)立的垃圾回收器運(yùn)行于后臺(tái)；內(nèi)存是按照標(biāo)準(zhǔn) C++ 規(guī)范對(duì)內(nèi)存進(jìn)行管理的，使運(yùn)行時(shí)環(huán)境更加快速和高效。

[!重要]

總是在單獨(dú)的行上創(chuàng)建智能指針，而不是在參數(shù)列表中，從而避免由于特定的參數(shù)列表分配規(guī)則出現(xiàn)一些輕微的內(nèi)存泄漏

以下示例顯示了 C++ 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的 unique_ptr 是如何封裝指向大型對(duì)象的指針的。

class LargeObject
{
public:
 void DoSomething(){}
};

void ProcessLargeObject(const LargeObject& lo){}

void SmartPointerDemo()
{ 
 // Create the object and pass it to a smart pointer
 std::unique_ptr<LargeObject> pLarge(new LargeObject());

 //Call a method on the object
 pLarge->DoSomething();

 // Pass a reference to a method.
 ProcessLargeObject(*pLarge);

} //pLarge is deleted automatically when function block goes out of scope.

上述示例演示了使用智能指針的關(guān)鍵步驟：

將智能指針聲明為局部變量(不要在智能指針上使用 new 或者 malloc 表達(dá)式)。
在類型參數(shù)上，指定被封裝指針指向的對(duì)象類型。
將指向由 new 創(chuàng)建的對(duì)象的指針傳給智能指針的構(gòu)造函數(shù)。
使用重載的操作符 -> 和 * 來訪問對(duì)象。
讓智能指針來 delete 對(duì)象。

智能指針在設(shè)計(jì)上兼顧了內(nèi)存和性能的高效性。例如，unique_ptr 唯一的數(shù)據(jù)成員是被封裝的原始指針，這意味著 unique_ptr 具有原始指針同樣地大小，4 字節(jié)或者 8 字節(jié)。通過智能指針重載的操作符 -> 和 * 來訪問并不比直接使用原始指針來訪問慢多少。

智能指針有其自己的成員函數(shù)，通過 . 來訪問。例如，一些 C++ 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的智能指針有用于重置的成員函數(shù)來釋放對(duì)原始指針的所有權(quán)。這可以用于在智能指針超出作用域前釋放智能指針管理的內(nèi)存，看下面的示例：

void SmartPointerDemo2()
{
 // Create the object and pass it to a smart pointer
 std::unique_ptr<LargeObject> pLarge(new LargeObject());

 //Call a method on the object
 pLarge->DoSomething();

 // Free the memory before we exit function block.
 pLarge.reset();

 // Do some other work...

}

智能指針通常提供了獲取原始指針的方式。 C++ 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的智能指針包含了成員函數(shù) get 來獲取原始指針。 CComPtr 有公共的類成員 p。通過獲取原始指針，你能夠使用智能指針來管理你自己代碼涉及的內(nèi)存并依然能夠?qū)⒃贾羔槀鬟f給不支持智能指針的代碼。

void SmartPointerDemo4()
{
 // Create the object and pass it to a smart pointer
 std::unique_ptr<LargeObject> pLarge(new LargeObject());

 //Call a method on the object
 pLarge->DoSomething();

 // Pass raw pointer to a legacy API
 LegacyLargeObjectFunction(pLarge.get()); 
}