C++11 智能指針

2019-11-14 12:52:29

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[置頂] c++11智能指針解析——揭開底層面紗，完整理解智能指針

標(biāo)簽： c++11c++C語言對(duì)象2016-01-07 17:00 1531人閱讀評(píng)論(0) 收藏舉報(bào)

分類：c++（12）

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昨天跟同事小小的研究了下關(guān)于不同平臺(tái)下的字節(jié)對(duì)齊問題，起因是遇到了一個(gè)坑，vs上沒有問題，在安卓上卻崩潰了。找了半天后發(fā)現(xiàn)是c++字節(jié)補(bǔ)齊問題，期間包括使用#PRagma pack(1)來限定字節(jié)對(duì)齊方式等各種條件，也是把我們搞的七暈八素，總算是進(jìn)一步了解了c++對(duì)象結(jié)構(gòu)以及編譯器的操作（有機(jī)會(huì)的話也補(bǔ)充下字節(jié)對(duì)齊的理解）。進(jìn)而想到了智能指針，稍微了解下。第一次接觸智能指針，天知道大學(xué)期間自己有多不努力，很多知識(shí)點(diǎn)都得留到現(xiàn)在來補(bǔ)齊，所以還是做做筆記吧。

簡(jiǎn)斷截說：c++的入門坑點(diǎn)大家都是有目共睹的，無非就是指針的理解不深導(dǎo)致一些野指針，內(nèi)存泄露等問題，所以就不贅述。智能指針正好能夠彌補(bǔ)這些問題，因?yàn)樗举|(zhì)是存放在棧的模板對(duì)象，只是在棧內(nèi)部包了一層指針。而棧在其生命周期結(jié)束時(shí)，其中的指針指向的堆內(nèi)存也自然被釋放了。因而實(shí)現(xiàn)了智能管理的效果，不需要考慮內(nèi)存問題了，其實(shí)有點(diǎn)類似某種單例寫法，程序運(yùn)行結(jié)束，也不用考慮單例對(duì)象內(nèi)存問題。

本次討論：C++11之前的auto_ptr; c++11新加的unique_ptr, shared_ptr以及weak_ptr。

頭文件：#include <memory>

1.auto_ptr

auto_ptr是我第一個(gè)看的智能指針，也是標(biāo)準(zhǔn)庫里的智能指針，有許多缺陷。

首先看下結(jié)構(gòu)：

從圖中可以看書也是一個(gè)模板，使用方法大致類似于vector模板。如下：

[cpp] view plain copy

class Base1 { //__int64 ss; //public: bool dd; int m_itest; public: virtual void func(){ cout << "test successed" << endl; } };//先寫一個(gè)測(cè)試類 main函數(shù)如下：

[cpp] view%20plain copy

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) { auto_ptr <Base1> base1(new Base1);//可理解為先聲明一個(gè)名為base1的Base1類型智能指針，然后再base1里面管理new Base1 if (base1.get())//get是智能指針的函數(shù)，返回當(dāng)前當(dāng)前智能指針對(duì)象，即用以判斷是否為空 { base1->func(); } return 0; } 正常用法是這樣，然而我們可以再仔細(xì)翻看下底層：

從上圖可以看出，該智能指針成員函數(shù)也與vector相似，很容易得出

1、base1.get()：返回當(dāng)前指針對(duì)象；

2、base1.release()：清空當(dāng)前智能指針對(duì)象，并返回類型指針。所以假如我們要正常刪除，那么需要這樣：

[cpp] view plain copy

Base1*base2 = base1.release(); delete base2; 很麻煩對(duì)不對(duì)，沒關(guān)系，還有第三個(gè)函數(shù)呢

3、base1.reset()：從圖中可看出，是重置智能指針，即把內(nèi)存刪除，且智能指針指向空，但類型不變，所以可以這樣安全便捷地刪除：

[cpp] view%20plain copy

base1.reset();

然而繼續(xù)看，還有一個(gè)問題：auto_ptr還重載了等號(hào)操作符，由圖可知意思是把賦值智能指針的內(nèi)存交給被賦值智能指針，即如下意思：

[cpp] view plain copy

auto_ptr <Base1> base2; base2 = base1;//將base1的控制權(quán)轉(zhuǎn)交給base2，且base1清空了 base2->func(); 因此這樣就有些問題，控制權(quán)可以隨便轉(zhuǎn)換，但是只有一個(gè)在用，用起來會(huì)受到諸多限制，所以有了下面的智能指針。

介紹之前先上一張別人的表格，來源：http://my.oschina.net/hevakelcj/blog/465978，這是c++11中的智能指針與boost庫中的比較，原本boost就是為完善auto_ptr搞得這些，現(xiàn)在c++11有了，也就不需要再用咯。


2.unique_ptr
 C++11引入了許多便捷的功能，其中也包括這個(gè)，在用之前我們可以先看下底層：
可以清楚的看到，unique_ptr中的拷貝構(gòu)造和賦值操作符delete了，所以也就意味著，他和auto_ptr有區(qū)別，控制權(quán)唯一，不能隨意轉(zhuǎn)換。用法都差不多：
[cpp] view plain copy unique_ptr<Base1> base1(new Base1);  unique_ptr<Base1> base2;//但是不能用拷貝構(gòu)造和等號(hào)賦值把base1賦值給base2了  但是如果想切換控制權(quán)的話也不是沒有辦法，我們可以看到還有個(gè)這樣的函數(shù)：
要理解這兩個(gè)函數(shù)，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。所以還是講全一點(diǎn)吧（已經(jīng)了解的就直接跳過可以）：
補(bǔ)充知識(shí)點(diǎn)（其實(shí)可以直接看我下一篇更方便理解：點(diǎn)擊打開鏈接）：
1、左值與右值：
       左值指的是既能夠出現(xiàn)在等號(hào)左邊也能出現(xiàn)在等號(hào)右邊的變量(或表達(dá)式)，右值指的則是只能出現(xiàn)在等號(hào)右邊的變量(或表達(dá)式)。需要注意的是，左值是指表達(dá)式結(jié)束后依然存在的持久對(duì)象，而右值是指表達(dá)式結(jié)束時(shí)就不再存在的臨時(shí)對(duì)象。T& 指向的是 lvalue，而 const T& 指向的，卻可能是 lvalue 或 rvalue，左值引用&與右值引用&&（右值引用是c++11加上的）。
2、move和forward：
       需要明確的是，move函數(shù)可以是用于構(gòu)造函數(shù)，也可以用于賦值函數(shù)，但都需要手動(dòng)顯示添加。其實(shí)move函數(shù)用直白點(diǎn)的話來說就是省去拷貝構(gòu)造和賦值時(shí)中間的臨時(shí)對(duì)象，將資源的內(nèi)存從一個(gè)對(duì)象移動(dòng)到（共享也可以）另一個(gè)對(duì)象。官話是：c++11 中的 move() 是這樣一個(gè)函數(shù)，它接受一個(gè)參數(shù)，然后返回一個(gè)該參數(shù)對(duì)應(yīng)的右值引用。
       std::forward<T>(u) 有兩個(gè)參數(shù)：T 與 u。當(dāng)T為左值引用類型時(shí)，u將被轉(zhuǎn)換為T類型的左值，否則u將被轉(zhuǎn)換為T類型右值。如此定義std::forward是為了在使用右值引用參數(shù)的函數(shù)模板中解決參數(shù)的完美轉(zhuǎn)發(fā)問題。
其實(shí)這里說的不夠清晰，下次翻譯一篇國外的解釋，閱讀下來就能很好理解move這個(gè)概念了，這里先不深入。
回到這張圖，這兩個(gè)函數(shù)體也就很明朗了——重載move版本的拷貝構(gòu)造函數(shù)以及重載move版本的等號(hào)賦值函數(shù)。
意思就是：把右值的對(duì)象（right）移動(dòng)給左值（_myt&），并且右值清空。
那么用法來了：
[cpp] view plain copy unique_ptr<Base1> base1(new Base1);  unique_ptr<Base1> base2=move(base1);//base1變成empty  unique_ptr<Base1> base3;  base3 = move(base2);//base2變成empty  其它的成員函數(shù)就不一一贅述，和auto_ptr大致上是相同的。總結(jié)，某種程度來說比auto_ptr更為安全，適用部分特殊情況。
3.shared_ptr
如果完全理解了上面兩個(gè)ptr的底層，那么shared_ptr的也就容易理解多了。但是和前兩者有很大區(qū)別——
前兩者控制權(quán)唯一，切換的時(shí)候把前面的清除。而shared_ptr不會(huì)，照例看下底層：
很顯然，可以直接賦值和調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)，且不會(huì)清空原本的智能指針。用法就很簡(jiǎn)單了：
[cpp] view plain copy shared_ptr<Base1> base1(new Base1);  shared_ptr<Base1> base2=base1;  shared_ptr<Base1> base3;  base3 = base2;//三個(gè)共享一個(gè)  
有個(gè)地方需要注意，當(dāng)刪除一個(gè)智能指針時(shí)，并不影響其它兩個(gè)智能指針的繼續(xù)使用。因?yàn)樵撈瑑?nèi)存添加了一個(gè)引用計(jì)數(shù)，每shared_ptr一次，引用計(jì)數(shù)+1；每次調(diào)用析構(gòu)函數(shù)，引用計(jì)數(shù)減一。直到最后一個(gè)智能指針刪除，才會(huì)釋放內(nèi)存。
注意：1、在繼續(xù)查看時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)以下兩個(gè)函數(shù)：
其實(shí)就是和unique_ptr一樣可以通過move來切換控制權(quán)，這個(gè)時(shí)候是切換，不是共享了。
2、接下來繼續(xù)翻看，還有兩個(gè)函數(shù)：
（其實(shí)auto_ptr也有，只是一樣，沒必要截圖了）也就是說，auto_ptr和unique_ptr都可以通過move函數(shù)轉(zhuǎn)換成shared_ptr類型，當(dāng)然，一樣是切換控制權(quán)的形式，即舊的置空。
用法如下：
[cpp] view plain copy auto_ptr<Base1>   base1(new Base1);  shared_ptr<Base1> base2=move(base1);  4.weak_ptrred_ptr
weak_ptr更像是shared_ptr的助手：
1、他不像其余三種，可以通過構(gòu)造函數(shù)直接分配對(duì)象內(nèi)存；他必須通過shared_ptr來共享內(nèi)存。
2、沒有重載opreator*和->操作符，也就意味著即使分配到對(duì)象，他也沒法使用該對(duì)象
3、不主動(dòng)參與引用計(jì)數(shù)，即，share_ptr釋放了，那么weak_ptr所存的對(duì)象也釋放了。
4、使用成員函數(shù)use_count()可以查看當(dāng)前引用計(jì)數(shù)，expired()判斷引用計(jì)數(shù)是否為空。
5、lock()函數(shù)，返回一個(gè)shared_ptr智能指針：
也就是讓weak_ptr觀測(cè)shared_ptr智能指針，并且在需要時(shí)候通過lock函數(shù)返回一個(gè)shared_ptr。
6、此外，百科上說：助手類enable_shared_from_this的Shared_from_this會(huì)返回this的shared_ptr，所以只需讓要被shared_ptr管理的類繼承它即可。我倒是沒試，有興趣的可以試試，大致意思也就是這般。