第7章 Page449~451 7.8.9智能指针 std::shared_ptr

news2024/11/24 16:24:41

“shared_ptr”是“共享式智能指针”。

即多个“shared_ptr”之间可以管理同一个裸指针。于是

O* o = new O; //一个裸指针
std::shared_ptr <O> p1(o); //交给p1管
std::shared_ptr <O> p2(o); //又交给p2管

出乎意料,以上代码仍然是可以通过编译但运行期将出错。“一女二嫁”永远是错误的,并且永远是编译器所不能检测的。

演示:“一女二嫁”

 对比“unique_ptr”和“shared_ptr”,前者(独占式)认为女子可以改嫁,但应保持一夫一妻制;而后者(共享式)比较可怕,看实际代码

O* o = new o;//还是一个裸指针
std::shared_ptr <O> p1(o);//先交给p1
std::shared_ptr <O> p2 = p1;

003行的结果,是让p2和p1同指向。严格来讲是管理同一个裸指针,那么问题来了,p2和p1同时管理同一个裸指针,接着p1结束生命,自动释放该裸指针,再接着p2也结束生命,于是再次释放该裸指针,不就造成一个指针被释放两次的结果吗?不会的。“std::shared_ptr”采用了相当复杂的技术来保证,当存在多个智能指针共同管理某一裸指针,仅当最后一个智能指针结束生命时,才会真正释放所共享的裸指针。

具体方法称为“计数法”。将共享式智能指针A赋值给共享式智能指针B,B将与A管理同一个裸指针,并且在系统某处记录,当前有两个智能指针在管理某一裸指针,简称“计数为二”。而当B或A退出(结束生命周期)时,该记数减为一,直到另一个也退出,计数归零,此时才真正释放裸指针。

演示:多个shared_ptr共同管理一个裸指针

“std::shared_ptr”的使用方法和具体功能:

初始化:

std::shared_ptr <O> p1(new O());

也可以采用“列表式初始化”语法,即花括号:

std::shared_ptr <O> p1{new O()};

但是同样不能使用“=”将一个裸指针“赋值”给另一个智能指针:

std::shared_ptr <O> p1 = new O(); //ERROR

构造时没有提供裸指针,得到空指向的智能指针:

std::shared_ptr <O> p1; //p1是空指向

同样对nullptr做了特殊处理,允许直接赋值为nullptr;

p1 = nullptr; //p1变成空指向,原管理的裸指针被释放

或者调用无参版的“reset()”:

p1.reset(); //p1变成空指向,原管理的裸指针被释放

和“unique_ptr”一样,同样可以通过带参版“reset(...)”改变指向,代码略。

标准库还提供了“make_shared()”模板函数,用于更加高效地创建“shared_ptr”:

std::shard_ptr <O> p1 = std::make_shared <O> ();

如果所要构建的对象需要入参,则通过“make_shared()”函数传递:

std::shared_ptr <std::string> ps
             = std::make_shared <std::string> ("Hello!");
cout << *ps << endl;

演示:make_shared()

课堂作业:正确令多个“shared_ptr”共享管理同一裸指针

多个裸指针可以指向同一份数据,因此可以将裸指针划分成“共享式”,只是裸指针无法自动释放。因为同属“共享式”,所以“std::share_ptr”使用起来更接近裸指针。比如裸指针和“shared_ptr”都支持加入到容器中管理,“unique_ptr”却“做不到”:

unique_ptr <int> p(new int);
list <unique_ptr<int>> l;
l.push_back(p);

编译至002行仍未出错,但一旦真要将某个独占式智能指针,加入到容器中,就会报错。

因为独占式指针对象不允许复制(只允许转移),而容器要存储、管理元素,躲不过复制操作。

【重要】杀鸡用什么刀

为什么有功能丰富的“shared_ptr”,还要有“unique_ptr”呢?原因在于存在大量无需“共享指向”的指针应用场景。

很多时候功能越丰富,越容易在使用上出错。裸指针本身就是个案例。相比裸指针,“unique_ptr”往“简化、易用”的方向设计。另一方面,为了可以共享指向,“shared_ptr”需要付出性能代价。

程序员必须习惯于做预分析,能使用“unique_ptr”解决问题就使用“unique_ptr”,莫因图强大和适用面广而上来就用“shared_ptr”。

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