C++学习笔记-C++11中的智能指针

news2024/12/23 13:52:30

1.智能指针介绍

智能指针是C++的特性用法，是一个类似指针功能的类对象，其目的是为了更好的管理动态分配的内存，避免出现内存泄漏、悬空指针等问题。C++11的标准库里提供了三种智能指针模板类，分别是std::unique_ptr、std::shared_ptr 和 std::weak_ptr(C++11摒弃了auto_ptr)。

2.为什么需要智能指针

首先来看一段代码

void test(std::string& str)
{
	std::string* ps = new std::string("nihao!\n");
	str = *ps;
	//delete ps;
	return;
}

不难发现代码的隐患问题，每次函数被调用时，ps指针指向的内存空间都分配在堆上，但是在没有delete ps语句的情况下，无论是函数结束还是异常退出，都无法释放内存。然后我们在面对复杂逻辑的编程时，常常会忘记使用delete，这就会导致内存泄漏。
于是我们就会想，如果在函数终止时（不管是正常终止还是异常终止），new出来的内存都像函数内部的局部变量从栈内存上释放那样，从堆上释放，那就很巴适。智能指针的设计就是解决这样的问题。
来看下面这段代码：

void test_auto(std::string& str)
{
	std::unique_ptr<std::string> ps(new std::string("nihaoya!\n"));
	str = *ps;
	return;
}

使用了智能指针模版类后，因为是通过类来管理我们申请的资源，类的析构函数在类对象出作用域的时候会自动被调用，会自动的清理申请的资源。即使没有delete语句，在函数终止时，指针占据的内存空间和指针指向的内存空间都将被释放。

3. 智能指针用法示例

3.1 独占性智能指针std::unique_ptr

所谓的独占型，即两个unique_ptr不能指向同一个对象，指针直接不能复制，只能将所有权通过move接口转移。
看如下一段代码：

std::unique_ptr<std::string>p1(new std::string("hai\n"));	// 1
std::unique_ptr<std::string>p2;								// 2
p2 = p1;													// 3
p2 = move(p1);												// 4
std::cout << *p1 << std::endl;								// 5
std::cout << *p2 << std::endl;								// 6

其中，第三条p2 = p1;是不被允许的，编译系统提示如下。

第5条std::cout << *p1 << std::endl;由于是经过move后，p1指针的内容为空，运行将产生如下报错。
在这里插入图片描述

屏蔽掉报错内容后，系统运行结果如下，将p1指针转移到p2指针，并销毁p1指针内容。
在这里插入图片描述

3.2 共享型智能指针std:: shared_ptr

共享指针shared_ptr是只具有共享所有权语义的智能指针。每当共享指针shared_ptr的最后一个所有者被销毁时，关联对象都将被删除（或关联资源被清除），允许多个指针指向同一个变量。

3.3 弱引用智能指针std:: weak_ptr

weak_ptr专门为了解决std:: shared_ptr循环引用问题而引入的指针类型，通过shared_ptr构造，配合shared_ptr才能使用，它指向一个由shared_ptr管理的对象而不影响所指对象的生命周期，也就是，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，一旦最后一个指向对象的shared_ptr被销毁，对象就会被释放。从这个角度看，weak_ptr更像是shared_ptr的一个助手而不是智能指针。
那么，什么是循环引用的问题呢？在shared_ptr的使用过程中，当强引用计数为0是，就会释放所指向的堆内存。那么问题来了，如果和死锁一样，当两个shared_ptr互相引用，那么它们就永远无法被释放了。