快捷導(dǎo)航

C++深入分析講解智能指針

更新時間：2022年05月11日 11:44:10 作者：GG_Bond18

為了解決內(nèi)存泄漏的問題，C++中提出了智能指針。內(nèi)存泄漏的產(chǎn)生原因有很多，即使我們正確的使用malloc和free關(guān)鍵字也有可能產(chǎn)生內(nèi)存泄漏，如在malloc和free之間如果存在拋異常，那也會產(chǎn)生內(nèi)存泄漏。這種問題被稱為異常安全

1.簡介

程序運行時存在靜態(tài)空間、棧和堆區(qū)，用堆來存儲動態(tài)分配空間的對象即那些在程序運行時分配空間的對象，若該對象不再使用，我們必須顯式的銷毀它們，避免內(nèi)存泄漏。

智能指針是一個可以像指針一樣工作的對象,有unique_ptr(獨占指針),shared_ptr與weak_ptr等智能指針,定義在<memory>頭文件中，可以對動態(tài)資源進行管理。

保證以構(gòu)造的對象最終會銷毀，即它的析構(gòu)函數(shù)最終會被調(diào)用。

注意：

1.為了避免內(nèi)存泄漏,通過智能指針管理的對象應(yīng)該沒有其他的引用指向它們.

2.智能指針不支持指針的算術(shù)運算

2.unique_ptr指針(獨占指針)

我們大多數(shù)場景下用到的都是unique_ptr。

其在默認情況下和普通指針的大小是相同，內(nèi)存上沒有任何的額外消耗，性能最優(yōu)。

注意：

1.不能使用其他unique_ptr對象的值來初始化一個unique_ptr。也不能將一個unique_ptr對象賦值給另外一個。這樣的操作將導(dǎo)致兩個獨占指針共享相同對象的所有權(quán)。

2.unique_ptr代表的是專屬所有權(quán)，如果想要把一個unique_ptr的內(nèi)存交給另外一個unique_ptr對象管理。

只能使用std::move轉(zhuǎn)移當(dāng)前對象的所有權(quán)。轉(zhuǎn)移之后，當(dāng)前對象不再持有此內(nèi)存，新的對象將獲得專屬所有權(quán)。

3.若unique_ptr指向的是一個對象數(shù)組的話,要確保調(diào)用delete[]來處理被解除分配的數(shù)組,則應(yīng)該在對象類型后面包含一對空的方括號[]。

#include<iostream>
#include<memory>
using namespace std;
int main() 
{
    unique_ptr<int> up1(new int(11));
    cout << "up = " << *up1 << endl;
    //將up1的獨占權(quán)轉(zhuǎn)移給up2，up1不能再操作堆區(qū)空間
    unique_ptr<int> up2 = std::move(up1);
    cout << "up2 = " << *up2 << endl;
    //up2.reset();//若為無參作用是顯示釋放堆區(qū)內(nèi)容
    up2.reset(new int(22));//若為有參，先釋放原來堆區(qū)內(nèi)容,重新給up2綁定一個新的堆區(qū)內(nèi)容
    cout << "up2 = " << *up2 << endl;
    //釋放控制權(quán)，但不釋放堆區(qū)內(nèi)存
    int* p = up2.release();
    cout <<"p = "<< *p << endl;
    delete p;
    p = nullptr;
    return 0;
}

#include<iostream>
#include<memory>
using namespace std;
int main()
{
    //指向數(shù)組的獨占指針
    unique_ptr<int[] > up(new int[5]);
    for (int k = 0; k < 5; k++)
    {
        up[k] = k+1;
    }
    for (int k = 0; k < 5; k++)
    {
        cout << up[k] << " ";
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

3.shared_ptr指針(共享所有權(quán))

多個shared_ptr智能指針可以共同使用同一塊堆內(nèi)存。由于該類型智能指針在實現(xiàn)上采用的是引用計數(shù)機制，

即便有一個shared_ptr指針放棄了堆內(nèi)存的"使用權(quán)"(引用計數(shù)減1)也不會影響其他指向同一堆內(nèi)存的shared_ptr指針(只有引用計數(shù)為0時,堆內(nèi)存才會被自動釋放）

#include<iostream>
#include<memory>
using namespace std;
int main()
{
    shared_ptr<int> sp1(new int(11));
    shared_ptr<int>sp2(sp1);//拷貝構(gòu)造
    cout << "num = " << sp2.use_count() << endl;//打印計數(shù)器 2
    sp1.reset();
    cout << "num = " << sp2.use_count() << endl;//1
    cout << *sp2 << endl;//11
    sp1.reset();
    cout << "num = " << sp1.use_count() << endl;//0
    return 0;
}

shared_ptr的內(nèi)存占用是裸指針的兩倍。因為除了要管理一個裸指針外，還要維護一個引用計數(shù)。因此相比于unique_ptr, shared_ptr的內(nèi)存占用更高。

4.weak_ptr(輔助作用)

該類型指針通常不單獨使用(沒有實際用處),只能和shared_ptr搭配使用。我們可以將weak_ptr視為shared_ptr指針的一種輔助工具。

借助weak_ptr類型指針,我們可以獲取shared_ptr指針的一些狀態(tài)信息,比如有多少指向相同的shared_ptr指針,shared_ptr指針指向的堆內(nèi)存是否已經(jīng)被釋放等。

當(dāng)weak_ptr類型指針的指向和某一shared_ptr指針相同時,weak_ptr并不會使所指堆內(nèi)存的引用計數(shù)加1

當(dāng)weak_ptr指針被釋放時,之前所指堆內(nèi)存的引用計數(shù)也不會因此而減1.也就是說,weak_ptr并不會影響所指堆內(nèi)存空間的引用計數(shù)。

weak_ptr<T>模板類中沒有重載*和->運算符 , weak_ptr 類型指針只能訪問所指的堆內(nèi)存，而無法修改它

#include<iostream>
#include<memory>
using namespace std;
int main()
{
    shared_ptr<int>sp1(new int(11));
    shared_ptr<int>sp2(sp1);
    weak_ptr<int>wp = sp1;
    cout << wp.use_count() << endl;
    shared_ptr<int>sp3 = wp.lock();
    //lock() 若當(dāng)前weak_ptr已經(jīng)過期,則該函數(shù)會返回一個空的shared_ptr指針.反之,該函數(shù)返回一個和當(dāng)前weak_ptr指向相同的shared_ptr。
    cout << wp.use_count() << endl;
    if (sp3 == nullptr)
    {
        cout << "堆區(qū)空間已經(jīng)釋放" << endl;
    }
    else
    {
        //cout << *wp << endl;//err
        cout << *sp3 << endl;//間接訪問
    }
    return 0;
}

5.自實現(xiàn)初級版智能指針

#include<iostream>
using namespace std;
class Person
{
public:
    Person(int age)
    {
        cout << "有參構(gòu)造函數(shù)調(diào)用" << endl;
        m_age = age;
    }
    void showage()
    {
        cout << "年齡為:" << this->m_age << endl;
    }
    ~Person()
    {}
    int m_age;
};
//利用智能指針管理new出來的內(nèi)存的釋放
class Smartpoint
{
public:
    Smartpoint(Person* p)
    {
        this->m_person = p;
    }
    //重載->運算符
    Person* operator->()
    {
        return this->m_person;
    }
    //重載*運算符
    Person& operator*()
    {
        return *m_person;
    }
    ~Smartpoint()
    {
        if (this->m_person != NULL)
        {
            //cout << "析構(gòu)函數(shù)調(diào)用" << endl;
            delete this->m_person;
        }
    }
private:
    Person* m_person;
};
int main()
{
    Smartpoint sp(new Person(18));
    sp->showage();
    (*sp).showage();
    return 0;
}