【C++进阶】:智能指针

news2024/9/23 13:27:01

智能指针

  • 一.为什么需要智能指针
  • 二.智能指针的原理和使用
    • 1.RALL
    • 2.auto_ptr
    • 3.unique_ptr
    • 4.shared_ptr

一.为什么需要智能指针

主要两点原因:
1.为了避免写代码时忘记delete导致的内存泄漏。
2.为了避免抛异常时跳过delete导致的内存泄漏。

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1.new本身有可能出现异常,导致p1申请了空间但没直接跳过释放
2.调用div时出现异常,直接抛出异常的同时也跳过了delete.

二.智能指针的原理和使用

1.RALL

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:
1.不需要显式地释放资源。
2.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。

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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。

2.auto_ptr

C++98版本的库中就提供了auto_ptr的智能指针。下面演示的auto_ptr的使用及问题。
auto_ptr的实现原理:管理权转移的思想,下面简化模拟实现了一份bit::auto_ptr来了解它的原
理。

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可以发现auto_ptr有着严重的缺陷,所以目前很多公司都禁止使用它,对此我们也简单了解即可。

3.unique_ptr

C++11中开始提供更靠谱的unique_ptr

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。

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4.shared_ptr

很明显unique_ptr有时候满足不了需求,所以需要一个更强大的智能指针。

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

  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
    享。
  2. 在对象被销毁时(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。

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循环引用

shared_ptr在大部分情况下都是可以正常使用的,但任有一些特殊情况导致内存泄漏:循环引用

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这一段代码没有打印任何数据,说明ListNode也并没有进行析构,这是为什么呢?

循环引用分析:

  1. node1和node2两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的_next指向node2,node2的_prev指向node1,引用计数变成2。
  3. node1和node2析构,引用计数减到1,但是_next还指向下一个节点且_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由_prev管理,_prev
    属于node2成员,所以这就叫循环引用,谁也不会释放。

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解决方案

很简单,将shared_ptr换成弱指针weak_ptr即可。

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