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您的位置:首页 > 程序设计 >C语言 > C++智能指针实例详解

C++智能指针实例详解

作者: 字体:[增加 减小] 来源:互联网 时间:2017-05-28

通过本文主要向大家介绍了c++指针详解,c++ void指针,c++中指针的用法,c++文件指针,c++指针等相关知识,希望对您有所帮助,也希望大家支持linkedu.com www.linkedu.com

本文通过实例详细阐述了C++关于智能指针的概念及用法,有助于读者加深对智能指针的理解。详情如下:

一、简介

由于 C++ 语言没有自动内存回收机制,程序员每次 new 出来的内存都要手动 delete。程序员忘记 delete,流程太复杂,最终导致没有 delete,异常导致程序过早退出,没有执行 delete 的情况并不罕见。
用智能指针便可以有效缓解这类问题,本文主要讲解参见的智能指针的用法。包括:std::auto_ptr、boost::scoped_ptr、boost::shared_ptr、boost::scoped_array、boost::shared_array、boost::weak_ptr、boost:: intrusive_ptr。你可能会想,如此多的智能指针就为了解决new、delete匹配问题,真的有必要吗?看完这篇文章后,我想你心里自然会有答案。

下面就按照顺序讲解如上 7 种智能指针(smart_ptr)。
 
二、具体使用

1、总括

对于编译器来说,智能指针实际上是一个栈对象,并非指针类型,在栈对象生命期即将结束时,智能指针通过析构函数释放有它管理的堆内存。所有智能指针都重载了“operator->”操作符,直接返回对象的引用,用以操作对象。访问智能指针原来的方法则使用“.”操作符。

访问智能指针包含的裸指针则可以用 get() 函数。由于智能指针是一个对象,所以if (my_smart_object)永远为真,要判断智能指针的裸指针是否为空,需要这样判断:if (my_smart_object.get())。

智能指针包含了 reset() 方法,如果不传递参数(或者传递 NULL),则智能指针会释放当前管理的内存。如果传递一个对象,则智能指针会释放当前对象,来管理新传入的对象。
我们编写一个测试类来辅助分析:

class Simple {
 public:
 Simple(int param = 0) {
  number = param;
  std::cout << "Simple: " << number << std::endl; 
 }
 ~Simple() {
  std::cout << "~Simple: " << number << std::endl;
 }
 void PrintSomething() {
  std::cout << "PrintSomething: " << info_extend.c_str() << std::endl;
 }
 std::string info_extend;
 int number;
};
</div>

2、std::auto_ptr

std::auto_ptr 属于 STL,当然在 namespace std 中,包含头文件 #include<memory> 便可以使用。std::auto_ptr 能够方便的管理单个堆内存对象。

我们从代码开始分析:

void TestAutoPtr() {
std::auto_ptr<Simple> my_memory(new Simple(1));  // 创建对象,输出:Simple:1
if (my_memory.get()) {              // 判断智能指针是否为空
my_memory->PrintSomething();          // 使用 operator-> 调用智能指针对象中的函数
my_memory.get()->info_extend = "Addition";   // 使用 get() 返回裸指针,然后给内部对象赋值
my_memory->PrintSomething();          // 再次打印,表明上述赋值成功
(*my_memory).info_extend += " other";      // 使用 operator* 返回智能指针内部对象,然后用“.”调用智能指针对象中的函数
my_memory->PrintSomething();          // 再次打印,表明上述赋值成功
 }
}                       //my_memory栈对象即将结束生命期,析构堆对象Simple(1)

</div>

执行结果为:

Simple: 1
PrintSomething:
PrintSomething: Addition
PrintSomething: Addition other
~Simple: 1
</div>

上述为正常使用 std::auto_ptr 的代码,一切似乎都良好,无论如何不用我们显示使用该死的 delete 了。
 
其实好景不长,我们看看如下的另一个例子:

void TestAutoPtr2() {
 std::auto_ptr<Simple> my_memory(new Simple(1));
 if (my_memory.get()) {
  std::auto_ptr<Simple> my_memory2;  // 创建一个新的 my_memory2 对象
  my_memory2 = my_memory;       // 复制旧的 my_memory 给 my_memory2
  my_memory2->PrintSomething();    // 输出信息,复制成功
  my_memory->PrintSomething();    // 崩溃
 }
}

</div>

最终如上代码导致崩溃,如上代码时绝对符合 C++ 编程思想的,居然崩溃了,跟进 std::auto_ptr 的源码后,我们看到,罪魁祸首是“my_memory2 = my_memory”,这行代码,my_memory2 完全夺取了 my_memory 的内存管理所有权,导致 my_memory 悬空,最后使用时导致崩溃。

所以,使用 std::auto_ptr 时,绝对不能使用“operator=”操作符。作为一个库,不允许用户使用,确没有明确拒绝,多少会觉得有点出乎预料。
 
看完 std::auto_ptr 好景不长的第一个例子后,让我们再来看一个:

void TestAutoPtr3() {
 std::auto_ptr<Simple> my_memory(new Simple(1));
 
 if (my_memory.get()) {
  my_memory.release();
 }
}

</div>

执行结果为:

Simple: 1

</div>

看到什么异常了吗?我们创建出来的对象没有被析构,没有输出“~Simple: 1”,导致内存泄露。当我们不想让 my_memory 继续生存下去,我们调用 release() 函数释放内存,结果却导致内存泄露(在内存受限系统中,如果my_memory占用太多内存,我们会考虑在使用完成后,立刻归还,而不是等到 my_memory 结束生命期后才归还)。

正确的代码应该为:

void TestAutoPtr3() {
 std::auto_ptr<Simple> my_memory(new Simple(1));
 if (my_memory.get()) {
  Simple* temp_memory = my_memory.release();
  delete temp_memory;
 }
}

</div>

或

void TestAutoPtr3() {
 std::auto_ptr<Simple> my_memory(new Simple(1));
 if (my_memory.get()) {
  my_memory.reset(); // 释放 my_memory 内部管理的内存
 }
}

</div>

原来 std::auto_ptr 的 release() 函数只是让出内存所有权,这显然也不符合 C++ 编程思想。
总结:std::auto_ptr 可用来管理单个对象的对内存,但是,请注意如下几点:

(1)    尽量不要使用“operator=”。如果使用了,请不要再使用先前对象。
(2)    记住 release() 函数不会释放对象,仅仅归还所有权。
(3)    std::auto_ptr 最好不要当成参数传递(读者可以自行写代码确定为什么不能)。
(4)    由于 std::auto_ptr 的“operator=”问题,有其管理的对象不能放入 std::vector 等容器中。
使用一个 std::auto_ptr 的限制还真多,还不能用来管理堆内存数组,这应该是你目前在想的事情吧,我也觉得限制挺多的,哪天一个不小心,就导致问题了。
由于 std::auto_ptr 引发了诸多问题,一些设计并不是非常符合 C++ 编程思想,所以引发了下面 boost 的智能指针,boost 智能指针可以解决如上问题。
让我们继续向下看。
 
3、boost::scoped_ptr

boost::scoped_ptr 属于 boost 库,定义在 namespace boost 中,包含头文件 #include<boost/smart_ptr.hpp> 便可以使用。boost::scoped_ptr 跟 std::auto_ptr 一样,可以方便的管理单个堆内存对象,特别的是,boost::scoped_ptr 独享所有权,避免了 std::auto_ptr 恼人的几个问题。
我们还是从代码开始分析:

void TestScopedPtr() {
 boost::scoped_ptr<Simple> my_memory(new Simple(1));
 if (my_memory.get()) {
  my_memory->PrintSomething();
  my_memory.get()->info_extend = "Addition";
  my_memory->PrintSomething();
  (*my_memory).info_extend += " other";
  my_memory->PrintSomething();
  
  my_memory.release();      // 编译 error: scoped_ptr 没有 release 函数
  std::auto_ptr<Simple> my_memory2;
  my_memory2 = my_memory;    // 编译 error: scoped_ptr 没有重载 operator=,不会导致所有权转移
 }
}
</div>

首先,我们可以看到,boost::scoped_ptr 也可以像 auto_ptr 一样正常使用。但其没有 release() 函数,不会导致先前的内存泄露问题。其次,由于 boost::scoped_ptr 是独享所有权的,所以明确拒绝用户写“my_memory2 = my_memory”之类的语句,可以缓解 std::auto_ptr 几个恼人的问题。
    由于 boost::scoped_ptr 独享所有权,当我们真真需要复制智能指针时,需求便满足不了了,如此我们再引入一个智能指针,专门用于处理复制,参数传递的情况,这便是如下的 boost::shared_ptr。
 
4、boost::shared_ptr

boost::shared_ptr 属于 boost 库,定义在 namespace boost 中,包含头文件 #include<boo

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