智能指针介绍
普通指针的不足
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new和new[]的内存需要用delete和deletel]释放。
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程序员的主观失误,忘了或漏了释放。
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程序员也不确定何时释放。
普通指针的释放
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类内的指针,在析构函数中释放。
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C++内置数据类型,如何释放?
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new出来的类,本身如何释放?
C++11新增三个智能指针类型
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unique_ptr
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shared_ptr
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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)。
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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
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智能指针重载了*和->操作符,可以像使用指针一样使用shared_ptr。
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use_count()方法返回引用计数器的值。
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unique()方法,如果use_count()为1,返回true,否则返回false。
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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。
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get()方法返回裸指针。
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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。
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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。
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传引用(不能传值,因为unique_ptr没有拷贝构造函数)。
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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:
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shared_ptr的引用计数本身是线程安全(引用计数是原子操作)。
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多个线程同时读同一个shared_ptr对象是线程安全的。
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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。
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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。