智能指针在C++11版本之后提供,包含在头文件<memory>中,shared_ptr、unique_ptr、weak_ptr。
1,shared_ptr的使用
shared_ptr使用引用计数,每一个shared_ptr的拷贝都指向相同的内存。每使用他一次,内部的引用计数加1,每析构一次,内部的引用计数减1,减为0时,自动删除所指向的堆内存。shared_ptr内部的引用计数是线程安全的,但是对象的读取需要加锁。
- 初始化。智能指针是个模板类,可以指定类型,传入指针通过构造函数初始化。也可以使用make_shared函数初始化。不能将指针直接赋值给一个智能指针,一个是类,一个是指针。例如std::shared_ptr<int> p4 = new int(1);的写法是错误的
- 拷贝和赋值。拷贝使得对象的引用计数增加1,赋值使得原对象引用计数减1,当计数为0时,自动释放内存。后来指向的对象引用计数加1,指向后来的对象。
- get函数获取原始指针
- 注意不要用一个原始指针初始化多个shared_ptr,否则会造成二次释放同一内存
- 注意避免循环引用,shared_ptr的一个最大的陷阱是循环引用,循环,循环引用会导致堆内存无法正确释放,导致内存泄漏。循环引用在weak_ptr中介绍。
示例:
#include <iostream>
#include <memory>
void main()
{
int a = 10;
std::shared_ptr<int> ptra = std::make_shared<int>(a);
std::shared_ptr<int> ptra2(ptra); //copy
size_t size_1 = ptra.use_count() ; // = 2
int s1 = *(ptra.get());// = 10
int b = 20;
//std::shared_ptr<int> ptrb = pb; //error
std::shared_ptr<int> ptrb = std::make_shared<int>(b);
/*
* 原本ptra2是指向变量a的第二个智能指针,但是这里把它重新assign为指向变量b的智能指针。
*所以指向变量a的智能指针引用计数减1,指向变量b的智能指针引用计数+1.
*/
ptra2 = ptrb;
size_t size_2 = ptra.use_count();//由2变1
size_t size_3 = ptrb.use_count();//由1变2
}
2,unique_ptr的使用
unique_ptr“唯一”拥有其所指对象,同一时刻只能有一个unique_ptr指向给定对象(通过禁止拷贝语义、只有移动语义来实现)。相比与原始指针unique_ptr用于其RAII的特性,使得在出现异常的情况下,动态资源能得到释放。unique_ptr指针本身的生命周期:从unique_ptr指针创建时开始,直到离开作用域。离开作用域时,若其指向对象,则将其所指对象销毁(默认使用delete操作符,用户可指定其他操作)。unique_ptr指针与其所指对象的关系:在智能指针生命周期内,可以改变智能指针所指对象,如创建智能指针时通过构造函数指定、通过reset方法重新指定、通过release方法释放所有权、通过移动语义转移所有权。
int* ori = 0;
{
std::unique_ptr<int> uptr(new int(10)); //绑定动态对象
ori = uptr.get();
int x = *ori;// = 10
int abc = 0;
//std::unique_ptr<int> uptr2 = uptr; //不能赋值
//std::unique_ptr<int> uptr2(uptr); //不能拷貝
std::unique_ptr<int> uptr2 = std::move(uptr); //转移所有权
int* tmp = uptr.get();// 由于uptr已经失去指向对象的所有权,所以这里得到的是一个空指针
//int ddd = *tmp; //err,访问空指针将报错
uptr2.release(); //释放所有权,但是并不释放资源本身
x = *ori;// = 10,这时没有任何std::unique_ptr指向ori地址的资源,但是资源还是存在的,访问他的值依然是10.
tmp = uptr.get();// 由于uptr已经失去指向对象的所有权,所以这里得到的是一个空指针
//int ddd = *tmp; //err,访问空指针将报错
abc = 0;
}
离开作用域时,若其指向对象,则将其所指对象销毁(默认使用delete操作符,用户可指定其他操作),测试如下:
int* ori = 0;
{
std::unique_ptr<int> uptr(new int(10)); //绑定动态对象
ori = uptr.get();
}//由于离开了作用域,所以uptr释放了他所指向的资源
int y = *ori;//此时ori只是一个野指针,y为一个随机值。
3,weak_ptr的使用
weak_ptr是为了配合shared_ptr而引入的一种智能指针,因为它不具有普通指针的行为,没有重载operator*和->,它的最大作用在于协助shared_ptr工作,像旁观者那样观测资源的使用情况。weak_ptr可以从一个shared_ptr或者另一个weak_ptr对象构造,获得资源的观测权。但weak_ptr没有共享资源,它的构造不会引起指针引用计数的增加。使用weak_ptr的成员函数use_count()可以观测资源的引用计数,另一个成员函数expired()的功能等价于use_count()==0,但更快,表示被观测的资源(也就是shared_ptr的管理的资源)已经不复存在。weak_ptr可以使用一个非常重要的成员函数lock()从被观测的shared_ptr获得一个可用的shared_ptr对象, 从而操作资源。但当expired()==true的时候,lock()函数将返回一个存储空指针的shared_ptr。
{
std::shared_ptr<int> sh_ptr = std::make_shared<int>(10);
std::cout << sh_ptr.use_count() << std::endl; // 输出1
std::weak_ptr<int> wp(sh_ptr);
std::cout << wp.use_count() << std::endl; // 输出1
std::cout << sh_ptr.use_count() << std::endl; // 输出1
if (!wp.expired())
{
std::shared_ptr<int> sh_ptr2 = wp.lock(); //get another shared_ptr
*sh_ptr2 = 100;
std::cout << *sh_ptr.get() << std::endl; // 输出100
std::cout << wp.use_count() << std::endl; // 输出2
}
}
//delete memory
本文参考:C++11中智能指针的原理、使用、实现 - wxquare - 博客园
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