C++Smart?Pointer智能指針怎么用

這篇文章主要講解了“C++Smart Pointer智能指針怎么用”，文中的講解內容簡單清晰，易于學習與理解，下面請大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來研究和學習“C++Smart Pointer智能指針怎么用”吧！

一、為啥使用智能指針呢

標準庫中的智能指針：
std::auto_ptr    --single ownership  (C++98中出現,缺陷較多,被摒棄)
std::unique_ptr  --single ownership  (C++11替代std::auto_ptr,用于單線程)
std::shared_ptr  --shared ownership  (C++11,用于多線程)
std::weak_ptr    --temp/no ownership (C++11)
Introduced in C++ 11
Defined in <memory> header.

首先看一個下面的栗子，左邊是木有使用智能指針的情況，當執行foo()函數，其中的e指針會在bar(e)時傳入bar函數，但是在bar函數結束后沒有人為delete e時，就會導致內存泄漏；但是在右邊的栗子中，使用了unique_ptr智能指針（single ownership），就能防止內存泄漏。

智能指針主要用于管理在堆上分配的內存，它將普通的指針封裝為一個棧對象。當棧對象的生存周期結束后，會在析構函數中釋放掉申請的內存，從而防止內存泄漏。

• auto_ptr智能指針：（C++11出來前只有這種智能指針）當對象拷貝或者賦值后，前面的對象就懸空了。

• unique_ptr智能指針：防止智能指針拷貝和復制。

• shared_ptr智能指針：通過引用計數的方式來實現多個shared_ptr對象之間共享資源。

• weak_ptr智能指針：可以從一個shared_ptr或另一個weak_ptr對象構造，它的構造和析構不會引起引用記數的增加或減少。

注意：每一種智能指針都可以增加內存的引用計數。

• 智能指針分為兩類：

• 一種是可以使用多個智能指針管理同一塊內存區域，每增加一個智能指針，就會增加1次引用計數，

• 另一類是不能使用多個智能指針管理同一塊內存區域，通俗來說，當智能指針2來管理這一塊內存時，原先管理這一塊內存的智能指針1只能釋放對這一塊指針的所有權（ownership）。

• 按照這個分類標準，auto_ptr unique_ptr weak_ptr屬于后者，shared_ptr屬于前者。

對shared_ptr進行初始化時不能將一個普通指針直接賦值給智能指針，因為一個是指針，一個是類。可以通過make_shared函數或者通過構造函數傳入普通指針。并可以通過get函數獲得普通指針。

#include <string>
#include <memory>
using namespace std;
class report
{
private:
    string str;
public:
    report(const string s):str(s) //構造方法
    {
        cout<<"1 report Object  has been build!"<<endl;
    }
    ~report()
    {
        cout<<"3 report Object  deleted!"<<endl;
    }
    void talk()
    {
        cout<<str<<endl;
    }
};
int main()
{
    string talk="2 hello,this is a test!";
    {
        auto_ptr<report> ptr(new report(talk));
        ptr->talk();
    }
    {
        shared_ptr<report> ptr(new report(talk));
        ptr->talk();
    }
    {
        unique_ptr<report> ptr(new report(talk));
        ptr->talk();
    }
    return 0;
}

二、shared_ptr智能指針

shared_ptr實現了共享擁有的概念，利用“引用計數”來控制堆上對象的生命周期。

share_ptr的生命周期：

原理：在初始化的時候引用計數設為1，每當被拷貝或者賦值的時候引用計數+1，析構的時候引用計數-1，直到引用計數被減到0，那么就可以delete掉對象的指針了。他的構造方式主要有以下三種：

shared_ptr<Object> ptr;
shared_ptr<Object> ptr(new Object);
shared_ptr<Object> ptr(new Object, [=](Object *){ //回收資源時調用的函數 });
auto ptr = make_shared<Object>(args);

• 第一種空構造，沒有指定shared_ptr管理的堆上對象的指針，所以引用計數為0，后期可以通過reset()成員函數來指定其管理的堆上對象的指針，reset()之后引用計數設為1。

• 第二種是比較常見的構造方式，構造函數里面可以放堆上對象的指針，也可以放其他的智能指針（如weak_ptr）。

• 第三種構造方式指定了shared_ptr在析構自己所保存的堆上對象的指針時（即引用計數為0時）所要調用的函數，這說明我們可以自定義特定對象的特定析構方式。同樣的，reset()成員函數也可以指定析構時調用的指定函數。

• 第四種方法：較常見，構造shared_ptr的方式（最安全）：

auto ptr = make_shared<Object>(args);

上面第四種方法，使用標準庫里邊的make_shared<>()模板函數。該函數會調用模板類的構造方法，實例化一個堆上對象，然后將保存了該對象指針的shared_ptr返回。參數是該類構造函數的參數，所以使用make_shared<>()就好像單純地在構造該類對象一樣。auto是C++11的一個關鍵字，可以在編譯期間自動推算變量的類型，在這里就是shared_ptr<Object>類型。

shared_ptr的其他成員函數：

use_count()	//返回引用計數的個數
unique()	//返回是否是獨占所有權(use_count是否為1)
swap()		//交換兩個shared_ptr對象(即交換所擁有的對象，引用計數也隨之交換)
reset()		//放棄內部對象的所有權或擁有對象的變更, 會引起原有對象的引用計數的減少

三、unique_ptr智能指針

注意unique_ptr是single ownership的，不能拷貝。其構造方式如下：

unique_ptr的生命周期：

四、weak_ptr智能指針

五、智能指針怎么解決交叉引用，造成的內存泄漏

結論：創建對象時使用shared_ptr強智能指針指向，其余情況都使用weak_ptr弱智能指針指向。

5.1 交叉引用的栗子：

當A類中有一個指向B類的shared_ptr強類型智能指針，B類中也有一個指向A類的shared_ptr強類型智能指針。

main函數執行后有兩個強智能指針指向了對象A，對象A的引用計數為2，B類也是：

#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;
class B;
class A{
public:
    shared_ptr<B> _bptr;
};
class B{
public:
    shared_ptr<A> _aptr;
};
int main(){
    shared_ptr<A> aptr(new A());
    shared_ptr<B> bptr(new B());
    aptr->_bptr = bptr;
    bptr->_aptr = aptr;
    return 0;
}

而當主函數main的return返回后，對象A的引用計數減一變為1（aptr沒指向A對象了），B對象也是，引用計數不為0，即不能析構2個對象釋放內存，造成內存泄漏。

5.2 解決方案

將類A和類B中的shared_ptr強智能指針都換成weak_ptr弱智能指針；

class A{
public:
    weak_ptr<B> _bptr;
};
class B{
public:
    weak_ptr<A> _aptr;
};

weak_ptr弱智能指針，雖然有引用計數，但實際上它并不增加計數，而是只觀察對象的引用計數。所以此時對象A的引用計數只為1，對象B的引用計數也只為1。

六、智能指針的注意事項

• 避免同一塊內存綁定到多個獨立創建的shared_ptr上，因此要不使用相同的內置指針初始化（或reset）多個智能指針，不要混合使用智能指針和普通指針，堅持只用智能指針。

• 不delete get() 函數返回的指針，因為這樣操作后，shared_ptr并不知道它管理的內存被釋放了，會造成shared_ptr重復析構。

• 不使用 get()函數初始化或（reset）另外的智能指針。

shared_ptr<int> p = make_share<int> (42);
int *q = p.get();
{
  shared_ptr<int>(q); 
} // 程序塊結束，q被銷毀，指向的內存被釋放。
int foo = *p; //  出錯，p指向的內存已經被q釋放，這是用get() 初始化另外的智能指針惹得禍。
// 請記住，永遠不要用get初始化另外一個智能指針。

能使用unique_ptr時就不要使用share_ptr指針（后者需要保證線程安全，所以在賦值or銷毀時overhead開銷更高）。

感謝各位的閱讀，以上就是“C++Smart Pointer智能指針怎么用”的內容了，經過本文的學習后，相信大家對C++Smart Pointer智能指針怎么用這一問題有了更深刻的體會，具體使用情況還需要大家實踐驗證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關知識點的文章，歡迎關注！