【C++】—— c++11之智能指针

简介: 【C++】—— c++11之智能指针

前言:

  • 本期,我们将要学习的是在c++11中新提出的概念——异常指针!



(一)智能指针的引入

申请的空间(即 new 出来的空间),在使用结束时,需要 delete 掉,否则会形成内存碎片。在程序 运行期间,new 出来的对象,在析构函数中 delete ,但是这种方法不能解决所有问题,因为有时 候new 发生在某个全局函数里面,该方法会给程序员造成精神负担。 此时,智能指针就派上了用 场。 使用 智能指针可以很大程度上避免这个问题,因为智能指针就是一个类,当超出了类的作用域 时,类会自动调用析构函数,析构函数会自动释放资源。所以,智能指针的作用原理就是在函数结 束时自动释放内存空间,避免了手动释放内存空间。

下面我们先分析一下下面这段程序有没有什么 内存方面 的问题?提示一下:注意分析 MergeSort 函数中的问题:

int div()
{
  int a, b;
  cin >> a >> b;
  if (b == 0)
    throw invalid_argument("除0错误");
  return a / b;
}
void Func()
{
  // 1、如果p1这里new 抛异常会如何?
  // 2、如果p2这里new 抛异常会如何?
  // 3、如果div调用这里又会抛异常会如何?
  int* p1 = new int;
  int* p2 = new int;
  cout << div() << endl;
  delete p1;
  delete p2;
}
int main()
{
  try
  {
    Func();
  }
  catch (exception& e)
  {
    cout << e.what() << endl;
  }
  return 0;
}

【解释说明】

  1. p1 指针会保持为空指针,因为在异常抛出之前,指针 p1 尚未被分配一个有效的内存地址。
  2. 由于 p1 指针没有被分配有效内存,因此在后续代码中删除 p1 是不安全的。
  3. p2 指针同样也不会被分配有效内存,因为在 p1 抛出异常后,程序流会直接跳转到异常处理块,而不会继续执行 p2 的分配。
  4. div() 函数中的异常会被抛出,并且在 main() 函数的异常处理块中被捕获。

总之,如果在  new int 分配内存的过程中抛出异常,指针  p1 和  p2 将保持为未初始化状态,分配的内存将无法释放,会导致内存泄漏。


(二)内存泄漏

1、什么是内存泄漏,内存泄漏的危害

什么是内存泄漏 :内存泄漏指因为疏忽或错误造成程序未能释放已经不再使用的内存的情况。内 存泄漏并不是指内存在物理上的消失,而是应用程序分配某段内存后,因为设计错误,失去了对 该段内存的控制,因而造成了内存的浪费。

内存泄漏的危害 :长期运行的程序出现内存泄漏,影响很大,如操作系统、后台服务等等,出现 内存泄漏会导致响应越来越慢,最终卡死。

void MemoryLeaks()
{
   // 1.内存申请了忘记释放
  int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
  int* p2 = new int;
  
  // 2.异常安全问题
  int* p3 = new int[10];
  
  Func(); // 这里Func函数抛异常导致 delete[] p3未执行,p3没被释放.
  
  delete[] p3;
}

【解释说明】

在上述代码中,涉及到了几种内存泄漏和异常安全问题。我简单的分析一哈:

内存申请但忘记释放:

  • 在以下行中,使用了 malloc 来分配内存,但是没有相应的 free 来释放内存:
int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
  • 同样,在以下行中使用了 new 来分配内存,但没有相应的 delete 来释放内存:
int* p2 = new int;
  • 这些内存分配未被释放会导致内存泄漏,即使程序结束也不会释放这些分配的内存。

异常安全问题:

  • 在以下行中,使用 new 来分配一个整数数组,但没有相应的 delete[] 来释放内存:
int* p3 = new int[10];
  • Func() 函数内部发生异常时,delete[] p3 不会被执行,导致在函数返回时出现内存泄漏。

异常引发的内存泄漏:

  • Func() 函数中,如果发生异常,delete p1delete p2 不会被执行,导致 p1p2 分配的内存没有被释放。

为了解决这些问题,大家在平时写代码时需要:

  • 在适当的时候使用 freedelete 来释放内存,以避免内存泄漏。
  • 在分配内存之后,确保使用 try 块,以便在异常发生时可以释放已分配的内存。
  • 在异常处理时要小心,确保不会重复释放已经释放过的内存。

总之,要编写健壮的代码,需要注意资源管理和异常处理,以确保内存泄漏和其他异常问题最小化。


2、内存泄漏分类(了解)

C/C++ 程序中一般我们关心两种方面的内存泄漏:

堆内存泄漏 (Heap leak)

  • 堆内存指的是程序执行中依据须要分配通过malloc / calloc / realloc / new等从堆中分配的一 块内存,用完后必须通过调用相应的 free或者delete 删掉。假设程序的设计错误导致这部分 内存没有被释放,那么以后这部分空间将无法再被使用,就会产生Heap Leak

系统资源泄漏

  • 指程序使用系统分配的资源,比方套接字、文件描述符、管道等没有使用对应的函数释放 掉,导致系统资源的浪费,严重可导致系统效能减少,系统执行不稳定

3、如何检测内存泄漏(了解)

linux 下内存泄漏检测:Linux 下检测内存泄漏的工具

windows 下使用第三方工具:VLD工具说明

其他工具:内存泄漏工具比较


4、如何避免内存泄漏

1. 工程前期良好的设计规范,养成良好的编码规范,申请的内存空间记着匹配的去释放。 ps : 这个理想状态。但是如果碰上异常时,就算注意释放了,还是可能会出问题。需要下一条智能指针来管理才有保证。

2. 采用 RAII 思想或者智能指针来管理资源。

3. 有些公司内部规范使用内部实现的私有内存管理库。这套库自带内存泄漏检测的功能选项。

4. 出问题了使用内存泄漏工具检测。 ps :不过很多工具都不够靠谱,或者收费昂贵。

【小结】

内存泄漏非常常见,解决方案分为两种:

  • 1事前预防型。如智能指针等。
  • 2事后查错型。如泄漏检测工具

(三)智能指针的使用及原理

1、RAII

RAII Resource Acquisition Is Initialization )是一种 利用对象生命周期来控制程序资源 (如内存、文件句柄、网络连接、互斥量等等)的简单技术。

在对象构造时获取资源 ,接着控制对资源的访问使之在对象的生命周期内始终保持有效, 最后在 对象析构的时候释放资源 。借此,我们实际上把管理一份资源的责任托管给了一个对象。这种做 法有两大好处:

  • 不需要显式地释放资源。
  • 采用这种方式,对象所需的资源在其生命期内始终保持有效

此时,针对上面我们给出的代码,给出 使用RAII思想设计的SmartPtr的解决方法:

// 使用RAII思想设计的SmartPtr类
template<class T>
class SmartPtr {
public:
  SmartPtr(T* ptr = nullptr)
    : _ptr(ptr)
  {}
  ~SmartPtr()
  {
    if (_ptr)
      cout << "delete:" << _ptr << endl;
      delete _ptr;
  }
private:
  T* _ptr;
};
int div()
{
  int a, b;
  cin >> a >> b;
  if (b == 0)
    throw invalid_argument("除0错误");
  return a / b;
}
void Func()
{
  SmartPtr<int> sp1(new int);
  SmartPtr<int> sp2(new int);
  cout << div() << endl;
}
int main()
{
  try {
    Func();
  }
  catch (const exception& e)
  {
    cout << e.what() << endl;
  }
  return 0;
}

输出展示:

【解释说明】

上诉这样的做法,此时申请的资源不是自己去进行管理而是交给智能指针去管,即用这个智能指针去构造一个智能指针对象;

针对在前面提到的 p1、p2以及div系统调用这三种情况,我们此时在分析一下,看在这样的场景下是怎么样的?

  • 根据输出展示的效果,我们可以发现都是正常的释放。
  • 那此时有小伙好奇,我们没有delete为什么就释放了呢?其实是因为这样的 sp1和sp2 都是局部对象,局部对象出了作用域就会调用它的析构函数

如果sp1抛异常了 :

  • 这个new抛异常,就不会进到构造函数里面去,因为这个new是实参嘛,实参会先调用new,new调用operator new抛异常了,是不是直接就走了,因此不需要释放资源什么的;

如果sp2抛异常了 :

  • 如果第二个抛异常,说起来此处抛异常是一下直接跳到catch区的地方。实际上呢,他会先结束这个栈帧,里面对象就会调用析构函数,调用析构函数,就把SP2管理的这个资源给释放了;

如果div()抛异常了 :

  • 再看如果 div 抛异常,跟上述一样,它会结束这个函数,这些局部对象就会调用虚构函数,就完成释放了。


2、智能指针的原理

上述的 SmartPtr 还不能将其称为智能指针,因为它还不具有指针的行为。指针可以解引用,也可 以通过-> 去访问所指空间中的内容,因此: AutoPtr 模板类中还得需要将 * -> 重载下,才可让其 像指针一样去使用

T& operator*()
{
  return *_ptr;
}
T* operator->()
{
  return _ptr;
}
  • 此时,我们就可以像指针一样的正常使用:

总结一下智能指针的原理:

  • 1. RAII特性
  • 2. 重载operator*opertaor->,具有像指针一样的行为。

3、std::auto_ptr

auto_ptr 文档介绍

auto_ptr 是 C++98 标准中引入的一种智能指针,用于管理动态分配的内存资源。它提供了一种简单的所有权转移机制,允许将资源所有权从一个 auto_ptr 实例转移到另一个实例。

以下是一些关于 auto_ptr 的重要事项:

  • 所有权转移 auto_ptr 允许通过赋值操作将资源所有权从一个实例转移到另一个实例。这意味着,一旦将资源赋值给另一个 auto_ptr ,原始的 auto_ptr 将不再拥有该资源:
int main() 
{
    auto_ptr<int> ptr1(new int(5));
    auto_ptr<int> ptr2;
    ptr2 = ptr1; // 所有权转移
    //cout << *ptr2 << endl; // 输出 5
    cout << *ptr1 << endl; // 错误!ptr1 不再拥有指针,已经转移给了 ptr2
    return 0;
}

输出展示:

【解释说明】

  1. 在上述代码中,ptr1 拥有一个动态分配的 int 类型指针,并将其赋值给了 ptr2;
  2. 因为 auto_ptr 的所有权转移特性,此时 ptr1 不再拥有指针,而是将所有权转移到了 ptr2。因此,尝试使用 ptr1 解引用会导致未定义行为。

  • 空悬指针问题 auto_ptr 存在空悬指针(dangling pointer)问题,即在资源所有权转移后,原始 auto_ptr 会变为空指针,但资源可能仍然被另一个 auto_ptr 使用,可能导致不可预测的行为。
int main() 
{
    auto_ptr<int> ptr(new int(5));
    if (true) 
    {
      auto_ptr<int> otherPtr = ptr;
      //...
    }
   cout << *ptr << endl; // 输出不确定的值,可能导致程序崩溃
    return 0;
}

输出展示:

【解释说明】

  1. 在上述代码中,ptr 拥有一个动态分配的 int 类型指针。然后,这个指针被转移给了 otherPtr,在 if 语句块结束后,otherPtr超出了作用域,释放了指针,并将其设置为 nullptr;
  2. 此时,ptr 成为了悬空指针,访问它将导致未定义行为。

 【小结】

C++ 引用了 智能指针 auto_ptr ,以帮助自动完成这个过程 。随后的编程体验(尤其是使用 STL )表 明,需要有更精致的机制。基于程序员的编程体验和BOOST 库提供的解决方案, C++11 摒弃了 auto_ptr,并新增了三种智能指针: unique_ptr、shared_ptr和weak_ptr 。所有新增的智能指针 都能与STL 容器和移动语义协同工作。


4、std::unique_ptr

unique_ptr文档

由于 auto_ptr 存在这些问题,它在 C++11 标准中被弃用。在现代 C++ 中,推荐使用 unique_ptr来代替 auto_ptr unique_ptr提供了更好的语义和安全性,同时支持移动语义和自定义删除器,使得资源管理更加灵活可靠。

unique_ptr 的实现原理:简单粗暴的防拷贝,下面简化模拟实现了一份 UniquePtr 来了解它的原 理:

template<class T>
  class unique_ptr
  {
  public:
    unique_ptr(T* ptr)
      :_ptr(ptr)
    {}
    unique_ptr(unique_ptr<T>& ap)
      :_ptr(ap._ptr)
    {
      ap._ptr = nullptr;
    }
    ~unique_ptr()
    {
      if (_ptr)
      {
        cout << "delete:" << _ptr << endl;
        delete _ptr;
      }
    }
    // 像指针一样使用
    T& operator*()
    {
      return *_ptr;
    }
    T* operator->()
    {
      return _ptr;
    }
    //c++11 思路:语法直接支持
    unique_ptr(const unique_ptr<T>& up) = delete;
    unique_ptr<T>& operator=(const unique_ptr<T>& up) = delete;
    //c++98思路:只声明不实现,但是用的人可能会在外面强行定义,所以可以声明为私有
  /*private:
    unique_ptr(const unique_ptr<T>& up);*/
  private:
    T* _ptr;
  };
  void Test_unique()
  {
    unique_ptr<int> up1(new int);
    unique_ptr<int> up2(up1);
  }

输出展示:

当我们使用编译器自带的,看效果咋样:

【解释说明】

  1. 尝试复制构造 std::unique_ptr,将会编译错误;
  2. 问题在于 unique_ptr 是独占所有权的智能指针。这意味着一个 unique_ptr 只能拥有一个资源,而且不允许通过常规的复制构造函数来复制它;
  3. 可以使用 move 来将资源所有权从一个 unique_ptr 移动到另一个,但是直接的复制构造是不被允许的。

代码修改:

【解释说明】

  1. 在这个修正后的代码中,move 函数将 up1 中的资源所有权转移到了 up2,避免了编译错误。
  2. 总之,错误是由于 unique_ptr  的独占所有权特性引起的。它只允许资源的唯一所有者,因此无法通过常规的复制构造函数来复制 unique_ptr 。要转移资源所有权,需要使用 move 函数。

5、std::shared_ptr

shared_ptr 文档

引入 shared_ptr 是为了解决资源管理中的共享所有权问题。在许多情况下,多个指针需要共同拥有同一资源,而且需要确保资源在最后一个使用它的指针释放后才被销毁。shared_ptr 提供了一个智能指针实现,允许多个指针共享对资源的所有权,同时确保资源的安全释放。

shared_ptr 的原理:是通过引用计数的方式来实现多个 shared_ptr 对象之间共享资源 。例如: 老师晚上在下班之前都会通知,让最后走的学生记得把门锁下。

  • 1. shared_ptr在其内部,给每个资源都维护了着一份计数,用来记录该份资源被几个对象共
  • 2. 对象被销毁时(也就是析构函数调用),就说明自己不使用该资源了,对象的引用计数减 一。
  • 3. 如果引用计数是0,就说明自己是最后一个使用该资源的对象,必须释放该资源
  • 4. 如果不是0,就说明除了自己还有其他对象在使用该份资源,不能释放该资源,否则其他对 象就成野指针了。
template<class T>
  class shared_ptr
  {
  public:
    shared_ptr(T* ptr)
      :_ptr(ptr)
      ,_pcount(new int(1))
      ,_pmtx(new mutex)
    {}
    shared_ptr(const shared_ptr<T>& sp)
      :_ptr(sp._ptr)
      ,_pcount(sp._pcount)
      ,_pmtx(sp._pmtx)
    {
      AddRef();
    }
    void Release()
    {
      _pmtx->lock();
      bool flag = false;
      if (--(*_pcount) == 0 && _ptr)
      {
        cout << "delete:" << _ptr << endl;
        delete _ptr;
        delete _pcount;
        flag = true;
      }
      _pmtx->unlock();
      if (flag == true)
      {
        delete _pmtx;
      }
    }
    void AddRef()
    {
      _pmtx->lock();
      ++(*_pcount);
      _pmtx->unlock();
    }
    shared_ptr<T>& operator = (const shared_ptr<T> sp)
    {
      if (_ptr != sp._ptr) //防止自己给自己赋值
      {
        Release();
        _ptr = sp._ptr;
        _pcount = sp._pcount;
        _pmtx = sp._pmtx;
        AddRef();
      }
      return *this;
    }
    int use_count()
    {
      return *_pcount;
    }
    ~shared_ptr()
    {
      Release();
    }
    // 像指针一样使用
    T& operator*()
    {
      return *_ptr;
    }
    T* operator->()
    {
      return _ptr;
    }
    T* get() const
    {
      return _ptr;
    }
  private:
    T* _ptr;
    int* _pcount;
    mutex* _pmtx;
  };

输出展示:

【解释说明】

  1. 上述代码展示了一个简化版的 C++11 shared_ptr 的实现。这是一个模板类,用于管理动态分配的内存,并实现了共享所有权的功能;
  2. 实现方法是使用引用计数技术,即记录指向同一动态分配内存的共享指针的数量,并在最后一个指针被销毁时释放内存;
  3. 为了保证线程安全,使用了互斥锁来同步计数器的增加和减少操作;
  4. 另外,为了使得共享指针可以像普通指针一样使用,还提供了重载解引用运算符和成员访问运算符。

shared_ptr的线程安全问题:

通过下面的程序我们来测试 shared_ptr 的线程安全问题。需要注意的是 shared_ptr 的线程安全分为两方面:

  • 1. 智能指针对象中引用计数是多个智能指针对象共享的,两个线程中智能指针的引用计数同时 ++或--,这个操作不是原子的,引用计数原来是1++了两次,可能还是2.这样引用计数就错乱了。会导致资源未释放或者程序崩溃的问题。所以智能指针中引用计数++--是需要加锁的,也就是说引用计数的操作是线程安全的。
  • 2. 智能指针管理的对象存放在堆上,两个线程中同时去访问,会导致线程安全问题。

代码展示:

struct Date
  {
    int _year = 0;
    int _month = 0;
    int _day = 0;
    ~Date()
    {}
  };
  void SharePtrFunc(zp::shared_ptr<Date>& sp, size_t n, mutex& mtx)
  {
    cout << sp.get() << endl;
    for (size_t i = 0; i < n; ++i)
    {
      // 这里智能指针拷贝会++计数,智能指针析构会--计数,这里是线程安全的。
      zp::shared_ptr<Date> copy(sp);
      // 这里智能指针访问管理的资源,不是线程安全的。所以我们看看这些值两个线程++了2n
      //次,但是最终看到的结果,并一定是加了2n
      {
        unique_lock<mutex> lk(mtx);
        copy->_year++;
        copy->_month++;
        copy->_day++;
      }
    }
  }
  void test_shared_safe()
  {
    zp::shared_ptr<Date> p(new Date);
    
    cout << p.get() << endl;
    
    const size_t n = 50000;
    mutex mtx;
    thread t1(SharePtrFunc, ref(p), n, ref(mtx));
    thread t2(SharePtrFunc, ref(p), n, ref(mtx));
    t1.join();
    t2.join();
    cout << p.use_count() << endl;
    cout << p->_year << endl;
    cout << p->_month << endl;
    cout << p->_day << endl;
  }

输出展示:

  • 当我们不进行加锁操作时:

  • 当我们进行加锁操作时:


shared_ptr的循环引用:

  • 接下来,我们先给出代码在来进行分析解释:
struct ListNode
  {
    int _data;
    zp::shared_ptr<ListNode> _prev;
    zp::shared_ptr<ListNode> _next;
    ~ListNode()
    { 
      cout << "~ListNode()" << endl; 
    }
  };
  void Test_cycle()
  {
    zp::shared_ptr<ListNode> node1(new ListNode);
    zp::shared_ptr<ListNode> node2(new ListNode);
    cout << node1.use_count() << endl;
    cout << node2.use_count() << endl;
    node1->_next = node2;
    node2->_prev = node1;
    cout << node1.use_count() << endl;
    cout << node2.use_count() << endl;
  }

输出展示:

【解释说明】

  • 1. node1node2两个智能指针对象指向两个节点,引用计数变成1,我们不需要手动 delete
  • 2. node1_next指向node2node2_prev指向node1,引用计数变成2
  • 3. node1node2析构,引用计数减到1,但是_next还指向下一个节点。但是_prev还指向上 一个节点。
  • 4. 也就是说_next析构了,node2就释放了。
  • 5. 也就是说_prev析构了,node1就释放了。
  • 6. 但是_next属于node的成员,node1释放了,_next才会析构,而node1_prev管理,_prev 属于node2成员,所以这就叫循环引用,谁也不会释放。

由于存在循环引用的问题,当程序退出 Test_cycle() 时,两个节点的引用计数不会降为0,因此它们的析构函数不会被调用。这意味着析构函数中的输出语句不会被执行,可能导致内存泄漏的风险。

为了避免循环引用问题,可以将 _prev和 _next成员变量为 weak_ptr,它是shared_ptr的一种弱引用,不会增加引用计数。这样在循环链表中,使用 weak_ptr 来打破强引用关系,防止循环引用导致的内存泄漏。

  • 下面是修复循环引用问题的示例代码:

首先,我们先手动实现一个 weak_ptr或者使用库里面提供的weak_ptr。在这里,我手动的实现了一个:

template<class T>
  class weak_ptr
  {
  public:
    weak_ptr()
      :_ptr(nullptr)
    {}
    weak_ptr(const shared_ptr<T>& sp)
      :_ptr(sp.get())
    {}
    T& operator*()
    {
      return *_ptr;
    }
    T* operator->()
    {
      return _ptr;
    }
    T* get()
    {
      return _ptr;
    }
  private:
    T* _ptr;
  };

改正后的代码如下:

struct ListNode
  {
    int _data;
    zp::weak_ptr<ListNode> _prev;
    zp::weak_ptr<ListNode> _next;
    ~ListNode()
    { 
      cout << "~ListNode()" << endl; 
    }
  };
  void Test_cycle()
  {
    zp::shared_ptr<ListNode> node1(new ListNode);
    zp::shared_ptr<ListNode> node2(new ListNode);
    cout << node1.use_count() << endl;
    cout << node2.use_count() << endl;
    node1->_next = node2;
    node2->_prev = node1;
    cout << node1.use_count() << endl;
    cout << node2.use_count() << endl;
  }

输出展示:

【解释说明】

  1. 在修复后的代码中,将 ListNode 结构体中的成员变量 _prev和_next 改为 zp::weak_ptr 类型,这样就不会增加对下一个结点的强引用,避免了循环引用问题;
  2. 当程序退出 Test_cycle() 函数时,node1 node2 的引用计数会降为0,析构数 ~ListNode() 会被调用,相关的内存资源会被正确释放,避免了内存泄漏的问题。

6、weak_ptr

在上述的shared_ptr 讲述中,我们使用到了有关 weak_ptr。接下来,我们正式的对其进行相关介绍。

基本介绍:

  • weak_ptr 是一种不控制对象生命周期的智能指针, 它指向一个 shared_ptr 管理的对象;
  • 进行该对象的内存管理的是那个强引用的 shared_ptrweak_ptr只是提供了对管理对象的一个访问手段;
  • weak_ptr 设计的目的是为配合 shared_ptr 而引入的一种智能指针来协助 shared_ptr 工作,它只可以从一个 shared_ptr 或另一个 weak_ptr 对象构造, 它的构造和析构不会引起引用记数的增加或减少
  • weak_ptr是用来解决shared_ptr相互引用时的死锁问题,如果说两个shared_ptr相互引用,那么这两个指针的引用计数永远不可能下降为0,资源永远不会释放;
  • 它是对对象的一种弱引用,不会增加对象的引用计数,和shared_ptr之间可以相互转化,shared_ptr可以直接赋值给它,它可以通过调用lock函数来获得shared_ptr

接下来,我们通过代码简单的了解一下:

class B;
class A
{
public:
  shared_ptr<B> pb_;
  ~A()
  {
    cout << "A delete\n";
  }
};
class B
{
public:
  shared_ptr<A> pa_;
  ~B()
  {
    cout << "B delete\n";
  }
};
void fun()
{
  shared_ptr<B> pb(new B());
  shared_ptr<A> pa(new A());
  pb->pa_ = pa;
  pa->pb_ = pb;
  cout << pb.use_count() << endl;
  cout << pa.use_count() << endl;
}
int main()
{
  fun();
  return 0;
}

输出展示:

【解释说明】

  1. 可以看到fun函数中pa pb之间互相引用,两个资源的引用计数为2,当要跳出函数时,智能指针 papb析构时两个资源引用计数会减一;
  2. 但是两者引用计数还是为1,导致跳出函数时资源没有被释放(A B的析构函数没有被调用),如果把其中一个改为weak_ptr就可以了,我们把类A里面的 shared_ptr pb_;

改为weak_ptr pb,运行结果如下:

  • 这样的话,资源B的引用开始就只有1,当pb析构时,B的计数变为0B得到释放,B释放的同时也会使A的计数减一,同时pa析构时使A的计数减 一,那么A的计数为0A得到释放。

注意 我们不能通过weak_ptr直接访问对象的方法,应该先把它转化为shared_ptr!!!


7、删除器

如果不是 new 出来的对象如何通过智能指针管理呢?其实 shared_ptr 设计了一个删除器来解决这 个问题!!

1.定义

  1. 智能指针删除器(deleter)是指在智能指针析构时执行的自定义操作;
  2. 删除器可以在释放智能指针所管理的资源时,执行额外的清理工作或自定义逻辑。

  • 下面是一个使用 Lambda 表达式作为删除器的示例:
int main()
{
    int* p = new int(10);
    std::shared_ptr<int> sp(
        p, 
        [](int* ptr) 
        { 
            std::cout << "deleting pointer " << ptr << std::endl; delete ptr; 
        });
    // 输出共享指针的引用计数
    std::cout << "sp use_count: " << sp.use_count() << std::endl;
    // 手动将共享指针的引用计数减 1
    sp.reset();
    return 0;
}

输出展示:

【解释说明】

  1. 上述代码创建了一个指向整型变量 p 的共享指针,并使用删除器 Lambda 表达式来输出删除对象的地址和释放堆上分配的内存;
  2. sp.reset() 调用后,引用计数变为零,并且删除器被调用以释放内存。

(四)C++11boost中智能指针的关系

首先,C++11引入了标准库中的智能指针,包括std::shared_ptrstd::unique_ptr。这些智能指针提供了管理资源所有权的机制,能够自动进行内存管理,避免了手动释放资源的麻烦。C++11的智能指针是通过引入新的语言特性和库支持来实现的。

Boost是一个流行的C++扩展库,它提供了大量的高质量、经过广泛测试和使用的 C++代码。在C++11标准引入智能指针之前,Boost已经提供了自己的智能指针库,包括boost::shared_ptrboost::scoped_ptr等。这些智能指针在C++社区中被广泛使用,并受到了高度赞誉。

实际上,C++11标准库中的智能指针是受到Boost智能指针的影响和启发。C++11标准中的std::shared_ptrstd::unique_ptr的设计和功能基本上与Boost中的boost::shared_ptrboost::scoped_ptr相当相似。C++11智能指针还引入了一些新的特性和改进,例如移动语义和自定义删除器等,以提供更好的性能和灵活性。


总结

到此,关于智能指针的讲解便全部结束了。接下来,简单的回顾并总结一下本文!!!

智能指针是一种用于自动管理动态分配资源的指针。它提供了自动化的内存管理,可以减少内存泄漏和悬挂指针等常见的资源管理问题。

常见的智能指针类型:

  • std::shared_ptr:允许多个指针共享同一块内存资源,采用引用计数的方式进行内存管理。
  • std::unique_ptr:独占指针,保证只有一个指针可以访问资源,具有移动语义,可用于实现所有权的传递。
  • std::weak_ptr:弱引用指针,用于解决std::shared_ptr循环引用导致的资源泄漏问题。

智能指针的优点:

  • 自动释放资源:智能指针通过析构函数自动释放所管理的资源,避免了手动释放资源的繁琐过程。
  • 避免内存泄漏:智能指针使用引用计数或独占所有权的方式,确保资源在不再被使用时正确释放,避免了内存泄漏问题。
  • 提高安全性:智能指针可以减少悬挂指针和野指针的问题,提高程序的安全性和稳定性。

以上便是本文的全部内容,感谢大家的观看与支持!!!

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