C++11智能指针解析

发表于2018-08-19
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C++的入门坑点大家都是有目共睹的,无非就是指针的理解不深导致一些野指针,内存泄露等问题,所以就不赘述。智能指针正好能够弥补这些问题,因为它本质是存放在栈的模板对象,只是在栈内部包了一层指针。而栈在其生命周期结束时,其中的指针指向的堆内存也自然被释放了。因而实现了智能管理的效果,不需要考虑内存问题了,其实有点类似某种单例写法,程序运行结束,也不用考虑单例对象内存问题。为此,本篇文章就给大家详细介绍下C++中的智能指针。

本次讨论:C++11之前的auto_ptr,c++11新加的unique_ptr,shared_ptr以及weak_ptr。
头文件:#include<memory>

一、auto_ptr

auto_ptr是我第一个看的智能指针,也是标准库里的智能指针,有许多缺陷。

首先看下结构:

从图中可以看书也是一个模板,使用方法大致类似于vector模板。如下:
class Base1
{
	//__int64 ss;
//public:
	bool dd;
	int m_itest;
public:
	virtual void func(){
		cout << "test successed" << endl;
	}
};//先写一个测试类

main函数如下:
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	auto_ptr <Base1> base1(new Base1);//可理解为先声明一个名为base1的Base1类型智能指针,然后再base1里面管理new Base1
        if (base1.get())//get是智能指针的函数,返回当前当前智能指针对象,即用以判断是否为空
        {
	     base1->func();
        }
        return 0;
}

正常用法是这样,然而我们可以再仔细翻看下底层:

从上图可以看出,该智能指针成员函数也与vector相似,很容易得出:
1.base1.get():返回当前指针对象;
2.base1.release():清空当前智能指针对象,并返回类型指针。所以假如我们要正常删除,那么需要这样:
Base1*base2 = base1.release();
delete base2; 
很麻烦对不对,没关系,还有第三个函数呢

3.base1.reset():从图中可看出,是重置智能指针,即把内存删除,且智能指针指向空,但类型不变,所以可以这样安全便捷地删除:
base1.reset(); 

然而继续看,还有一个问题:

auto_ptr还重载了等号操作符,由图可知意思是把赋值智能指针的内存交给被赋值智能指针,即如下意思:
auto_ptr <Base1> base2;
base2 = base1;//将base1的控制权转交给base2,且base1清空了
base2->func(); 
因此这样就有些问题,控制权可以随便转换,但是只有一个在用,用起来会受到诸多限制,所以有了下面的智能指针。

介绍之前先上一张别人的表格,来源:http://my.oschina.net/hevakelcj/blog/465978,这是c++11中的智能指针与boost库中的比较,原本boost就是为完善auto_ptr搞得这些,现在c++11有了,也就不需要再用咯。

二、unique_ptr

C++11引入了许多便捷的功能,其中也包括这个,在用之前我们可以先看下底层:  

可以清楚的看到,unique_ptr中的拷贝构造和赋值操作符delete了,所以也就意味着,他和auto_ptr有区别,控制权唯一,不能随意转换。用法都差不多:
unique_ptr<Base1> base1(new Base1);
unique_ptr<Base1>	base2;//但是不能用拷贝构造和等号赋值把base1赋值给base2了

但是如果想切换控制权的话也不是没有办法,我们可以看到还有个这样的函数:
 

要理解这两个函数,首先要理解c++11引入的move和forward;而要理解move和forward得先理解左值和右值概念。所以还是讲全一点吧(已经了解的就直接跳过可以):

补充知识点(其实可以直接看我下一篇更方便理解:点击打开链接):
1.左值与右值:
左值指的是既能够出现在等号左边也能出现在等号右边的变量(或表达式),右值指的则是只能出现在等号右边的变量(或表达式)。需要注意的是,左值是指表达式结束后依然存在的持久对象,而右值是指表达式结束时就不再存在的临时对象。T&指向的是lvalue,而constT&指向的,却可能是lvalue或rvalue,左值引用&与右值引用&&(右值引用是c++11加上的)。

2.move和forward:
需要明确的是,move函数可以是用于构造函数,也可以用于赋值函数,但都需要手动显示添加。其实move函数用直白点的话来说就是省去拷贝构造和赋值时中间的临时对象,将资源的内存从一个对象移动到(共享也可以)另一个对象。官话是:c++11中的move()是这样一个函数,它接受一个参数,然后返回一个该参数对应的右值引用。

std::forward<T>(u)有两个参数:T与u。当T为左值引用类型时,u将被转换为T类型的左值,否则u将被转换为T类型右值。如此定义std::forward是为了在使用右值引用参数的函数模板中解决参数的完美转发问题。

其实这里说的不够清晰,下次翻译一篇国外的解释,阅读下来就能很好理解move这个概念了,这里先不深入。

回到这张图,这两个函数体也就很明朗了——重载move版本的拷贝构造函数以及重载move版本的等号赋值函数。
意思就是:把右值的对象(right)移动给左值(_myt&),并且右值清空。

那么用法来了:
unique_ptr<Base1>	base1(new Base1);
unique_ptr<Base1>	base2=move(base1);//base1变成empty
unique_ptr<Base1>	base3;
base3 = move(base2);//base2变成empty 
其它的成员函数就不一一赘述,和auto_ptr大致上是相同的。总结,某种程度来说比auto_ptr更为安全,适用部分特殊情况。

三、shared_ptr

如果完全理解了上面两个ptr的底层,那么shared_ptr的也就容易理解多了。但是和前两者有很大区别——

前两者控制权唯一,切换的时候把前面的清除。而shared_ptr不会,照例看下底层:


很显然,可以直接赋值和调用拷贝构造函数,且不会清空原本的智能指针。用法就很简单了:
shared_ptr<Base1>	base1(new Base1);
shared_ptr<Base1>	base2=base1;
shared_ptr<Base1>	base3;
base3 = base2;//三个共享一个

有个地方需要注意,当删除一个智能指针时,并不影响其它两个智能指针的继续使用。因为该片内存添加了一个引用计数,每shared_ptr一次,引用计数+1;每次调用析构函数,引用计数减一。直到最后一个智能指针删除,才会释放内存。

注意:
1.在继续查看时,你会发现以下两个函数:


其实就是和unique_ptr一样可以通过move来切换控制权,这个时候是切换,不是共享了。

2.接下来继续翻看,还有两个函数:
(其实auto_ptr也有,只是一样,没必要截图了)也就是说,auto_ptr和unique_ptr都可以通过move函数转换成shared_ptr类型,当然,一样是切换控制权的形式,即旧的置空。

用法如下:
auto_ptr<Base1>	base1(new Base1);
shared_ptr<Base1>	base2=move(base1);

四、weak_ptrred_ptr

weak_ptr更像是shared_ptr的助手:
1.他不像其余三种,可以通过构造函数直接分配对象内存;他必须通过shared_ptr来共享内存。
2.没有重载opreator*和->操作符,也就意味着即使分配到对象,他也没法使用该对象。
3.不主动参与引用计数,即,share_ptr释放了,那么weak_ptr所存的对象也释放了。
4.使用成员函数use_count()可以查看当前引用计数,expired()判断引用计数是否为空。
5.lock()函数,返回一个shared_ptr智能指针:
也就是让weak_ptr观测shared_ptr智能指针,并且在需要时候通过lock函数返回一个shared_ptr。 

6.此外,百科上说:助手类enable_shared_from_this的Shared_from_this会返回this的shared_ptr,所以只需让要被shared_ptr管理的类继承它即可。来自:https://blog.csdn.net/zy19940906/article/details/50470087

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