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智能指针介绍

普通指针的不足

  • new和new[]的内存需要用delete和deletel]释放。

  • 程序员的主观失误，忘了或漏了释放。

  • 程序员也不确定何时释放。

普通指针的释放

  • 类内的指针，在析构函数中释放。

  • C++内置数据类型，如何释放?

  • new出来的类，本身如何释放?

C++11新增三个智能指针类型

  • unique_ptr

  • shared_ptr

  • weak_ptr

一、智能指针unique_ptr

​        unique_ptr独享它指向的对象，也就是说，同时只有一个unique_ptr指向同一个对象，当这个unique_ptr被销毁时，指向的对象也随即被销毁。unique_ptr是一个类，它的内部维护一个内置的指针，他的析构函数中会delete内置指针。

包含头文件：#include <memory>

template <typename T, typename D = default_delete<T>>
class unique_ptr
{
public:
	explicit unique_ptr(pointer p) noexcept;	// 不可用于转换函数。
	~unique_ptr() noexcept;    
	T& operator*() const;            // 重载*操作符。
	T* operator->() const noexcept;  // 重载->操作符。
	unique_ptr(const unique_ptr &) = delete;   // 禁用拷贝构造函数。
	unique_ptr& operator=(const unique_ptr &) = delete;  // 禁用赋值函数。
	unique_ptr(unique_ptr &&) noexcept;	  // 右值引用。
	unique_ptr& operator=(unique_ptr &&) noexcept;  // 右值引用。
	// ...
private:
	pointer ptr;  // 内置的指针。
};

explicit 关键字

加上explicit后让构造函数不可以被用作转换函数使用。以下调用非法：

AA *p = new AA("xianwu");	//普通指针
unique_ptr<AA> pu2 = p;

1、基本用法

1）初始化

方法一：推荐

unique_ptr<AA> p0(new AA("西施"));   // 分配内存并初始化。

方法二：

unique_ptr<AA> p0 = make_unique<AA>("西施");  // C++14标准。

方法三（不推荐）：原始指针出现如果构造给多个unique_ptr会造成多次释放内存，操作野指针，存在风险。

AA* p = new AA("西施");

unique_ptr<AA> p0(p);         // 用已存在的地址初始化。

2）使用方法

  • 智能指针重载了*和->操作符，可以像使用指针一样使用unique_ptr。
  • 不支持普通的拷贝和赋值。
AA* p = new AA("西施");
unique_ptr<AA> pu2 = p;       // 错误，不能把普通指针直接赋给智能指针。
unique_ptr<AA> pu3 = new AA("西施"); // 错误，不能把普通指针直接赋给智能指针。
unique_ptr<AA> pu2 = pu1;      // 错误，不能用其它unique_ptr拷贝构造。
unique_ptr<AA> pu3;
pu3 = pu1;              // 错误，不能用=对unique_ptr进行赋值。
  • 不要用同一个裸指针初始化多个unique_ptr对象。
  • get()方法返回裸指针。
  • 不要用unique_ptr管理不是new分配的内存。

3）用于函数的参数

  • 传引用（不能传值，因为unique_ptr没有拷贝构造函数）。

  • 裸指针。

4）不支持指针的运算（+、-、++、--）

2、更多技巧 面试就爱考点技巧之类的

1）将一个unique_ptr赋给另一个时，如果源unique_ptr是一个临时右值，编译器允许这样做；如果源unique_ptr将存在一段时间，编译器禁止这样做。一般用于函数的返回值。

unique_ptr<AA> p0;
p0 = unique_ptr<AA>(new AA ("西瓜"));

2）用nullptr给unique_ptr赋值将释放对象，空的unique_ptr==nullptr。

3）release()释放对原始指针的控制权，将unique_ptr置为空，返回裸指针。（可用于把unique_ptr传递给子函数，子函数将负责释放对象）

4）std::move()可以转移对原始指针的控制权。（可用于把unique_ptr传递给子函数，子函数形参也是unique_ptr）

5）reset()释放对象。

void reset(T * _ptr= (T *) nullptr);

pp.reset();    // 释放pp对象指向的资源对象。
pp.reset(nullptr); // 释放pp对象指向的资源对象
pp.reset(new AA("bbb")); // 释放pp指向的资源对象，同时指向新的对象。

6）swap()交换两个unique_ptr的控制权。

void swap(unique_ptr<T> &_Right);

7）unique_ptr也可像普通指针那样，当指向一个类继承体系的基类对象时，也具有多态性质，如同使用裸指针管理基类对象和派生类对象那样。

8）unique_ptr不是绝对安全，如果程序中调用exit()退出，全局的unique_ptr可以自动释放，但局部的unique_ptr无法释放。

9）unique_ptr提供了支持数组的具体化版本。

数组版本的unique_ptr，重载了操作符[]，操作符[]返回的是引用，可以作为左值使用。

// unique_ptr<int[]> parr1(new int[3]);     // 不指定初始值。
unique_ptr<int[]> parr1(new int[3]{ 33,22,11 }); // 指定初始值。
cout << "parr1[0]=" << parr1[0] << endl;
cout << "parr1[1]=" << parr1[1] << endl;
cout << "parr1[2]=" << parr1[2] << endl;
 
unique_ptr<AA[]> parr2(new AA[3]{string("西施"), string("冰冰"), string("幂幂")});
cout << "parr2[0].m_name=" << parr2[0].m_name << endl;
cout << "parr2[1].m_name=" << parr2[1].m_name << endl;
cout << "parr2[2].m_name=" << parr2[2].m_name << endl;

 

二、智能指针shared_ptr

shared_ptr共享它指向的对象，多个shared_ptr可以指向（关联）相同的对象，在内部采用计数机制来实现，use_count()。

当新的shared_ptr与对象关联时，引用计数增加1。

当shared_ptr超出作用域时，引用计数减1。当引用计数变为0时，则表示没有任何shared_ptr与对象关联，则释放该对象。

 1、基本用法

​        shared_ptr的构造函数也是explicit，但是，没有删除拷贝构造函数和赋值函数。

1）初始化

方法一：

shared_ptr<AA> p0(new AA("西施"));   // 分配内存并初始化。

方法二：推荐采用

shared_ptr<AA> p0 = make_shared<AA>("西施"); // C++11标准，效率更高。

方法三：

AA* p = new AA("西施");
shared_ptr<AA> p0(p);         // 用已存在的地址初始化。

方法四：

shared_ptr<AA> p0(new AA("西施")); 
shared_ptr<AA> p1(p0);         // 用已存在的shared_ptr初始化，计数加1。
shared_ptr<AA> p1=p0;         // 用已存在的shared_ptr初始化，计数加1。

2）使用方法

  • 智能指针重载了*和->操作符，可以像使用指针一样使用shared_ptr。

  • use_count()方法返回引用计数器的值。

  • unique()方法，如果use_count()为1，返回true，否则返回false。

  • shared_ptr支持赋值，左值的shared_ptr的计数器将减1，右值shared_ptr的计算器将加1。

  • get()方法返回裸指针。

  • 不要用同一个裸指针初始化多个shared_ptr。即不要用方法三方式构造多个shared_ptr。

  • 不要用shared_ptr管理不是new分配的内存。

3）用于函数的参数

与unique_ptr的原理相同。

  • 传引用（不能传值，因为unique_ptr没有拷贝构造函数）。

  • 裸指针。

4）不支持指针的运算（+、-、++、--）

2、更多细节 面试就爱考点技巧之类的

2）用nullptr给shared_ptr赋值将把计数减1，如果计数为0，将释放对象，空的shared_ptr==nullptr。

4）std::move()可以转移对原始指针的控制权。还可以将unique_ptr转移成shared_ptr。

5）reset()改变与资源的关联关系。

pp.reset();     // 解除与资源的关系，资源的引用计数减1。
pp. reset(new AA("bbb"));  // 解除与资源的关系，资源的引用计数减1。关联新资源。

6）swap()交换两个shared_ptr的控制权。

void swap(shared_ptr<T> &_Right);

7）shared_ptr也可象普通指针那样，当指向一个类继承体系的基类对象时，也具有多态性质，如同使用裸指针管理基类对象和派生类对象那样。

8）shared_ptr不是绝对安全，如果程序中调用exit()退出，全局的shared_ptr可以自动释放，但局部的shared_ptr无法释放。

9）shared_ptr提供了支持数组的具体化版本。

数组版本的shared_ptr，重载了操作符[]，操作符[]返回的是引用，可以作为左值使用。

10）shared_ptr的线程安全性：

  • shared_ptr的引用计数本身是线程安全（引用计数是原子操作）。

  • 多个线程同时读同一个shared_ptr对象是线程安全的。

  • 如果是多个线程对同一个shared_ptr对象进行读和写，则需要加锁。

  • 多线程读写shared_ptr所指向的同一个对象，不管是相同的shared_ptr对象，还是不同的shared_ptr对象，也需要加锁保护。

11）如果unique_ptr能解决问题，就不要用shared_ptr。unique_ptr的效率更高，占用的资源更少。

3、智能指针的删除器

智能指针构造函数第二个参数一般用默认的，但可以指定删除器。

在默认情况下，智能指针过期的时候，用delete原始指针;释放它管理的资源。

程序员可以自定义删除器，改变智能指针释放资源的行为。

删除器可以是全局函数、仿函数和Lambda表达式，形参为原始指针。

调用：

shared_ptr<AA> pa1(new AA("西施a"), deletefunc);  // 第二个参数一般都默认不写，但可以自定义删除器。

三、智能指针weak_ptr

1、shared_ptr存在的问题

shared_ptr内部维护了一个共享的引用计数器，多个shared_ptr可以指向同一个资源。

如果出现了循环引用的情况，引用计数永远无法归0，资源不会被释放。

2、weak_ptr是什么

weak_ptr 是为了配合shared_ptr而引入的，它指向一个由shared_ptr管理的资源但不影响资源的生命周期。也就是说，将一个weak_ptr绑定到一个shared_ptr不会改变shared_ptr的引用计数。

不论是否有weak_ptr指向，如果最后一个指向资源的shared_ptr被销毁，资源就会被释放。

weak_ptr更像是shared_ptr的助手而不是智能指针。

3、如何使用weak_ptr

weak_ptr没有重载 ->和 *操作符，不能直接访问资源。

有以下成员函数：

operator=(); // 把shared_ptr或weak_ptr赋值给weak_ptr。
expired();   // 判断它指资源是否已过期（已经被销毁）。
lock();    // 返回shared_ptr，如果资源已过期，返回空的shared_ptr。
reset();    // 将当前weak_ptr指针置为空。
swap();    // 交换。

weak_ptr不控制对象的生命周期，但是，它知道对象是否还活着。

用lock()函数把它可以提升为shared_ptr，如果对象还活着，返回有效的shared_ptr，如果对象已经死了，提升会失败，返回一个空的shared_ptr。

提升的行为（lock()）是线程安全的。

悦读

道可道，非常道；名可名，非常名。 无名，天地之始，有名，万物之母。 故常无欲，以观其妙，常有欲，以观其徼。 此两者，同出而异名，同谓之玄，玄之又玄，众妙之门。

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