C++11智能指针简述

news2025/3/18 10:42:50

一、实现原理

在智能指针对象中有一个裸指针，此指针存储的是动态创建对象的地址，用于生存期控制，能够确保智能指针对象离开所在作用域时，自动正确地销毁动态创建的对象，防止内存泄漏。

使用裸指针存在的问题：

（1）难以区分指针指向的是单个对象还是一组对象。

（2）使用完指针之后无法判断是否应该销毁指针，因为无法判断指针是否拥有指向的对象。

（3）在已经确定需要销毁指针的情况下，也无法确定是用delete关键字删除，还是有其他特殊的销毁机制。

二、auto_ptr

在C98标准中没有右值引用，也没有move，forward语义。

1、构造函数与析构函数

auto_ptr在构造时获取对某个对象的所有权，在析构时释放该对象。

2、拷贝构造与赋值

C98还没有加入右值引用，也没有move语义。

auto_ptr的拷贝构造和赋值重载陷入困境：

1、浅拷贝和浅赋值，指针重复释放。

2、深拷贝和深复制，语义矛盾。

auto_ptr要求其对裸指针的完全占有性。也就是说一个裸指针不能同时被两个以上的auto_ptr所拥有。那么在拷贝构造或赋值操作时，我们必须作特殊的处理来保证这个特性。auto_ptr的做法是所有权转移，即拷贝构造或赋值的原对象将失去对裸指针的所有权，所以，与一般拷贝构造函数，赋值函数不同，auto_ptr的拷贝构造函数，赋值函数的参数为引用而不是常引用。

当然，一个auto_ptr也不能同时拥有两个以上的裸指针，所以，拷贝或赋值的目标对象将先释放其原来所拥有的对象。

3、总结

auto_ptr主要有三大问题：

（1）复制和赋值会改变资源的所有权，不符合人的直觉。

（2）在STL容器中使用auto_ptr存在重大风险，因为容器内的元素必需支持可复制和可赋值。

（3）不支持对象数组的操作。

三、unique_ptr

1、unique_ptr分析和使用

unique_ptr是独占对象所有权语义的智能指针。

unique_ptr实现了独享被管理对象指针的概念，这意味着它可确保一个对象和其对应的资源同一时间只被一个unique_ptr对象拥有。一旦拥有者被销毁或者编程empty或者开始拥有另一个对象的地址，先前拥有的那个对象就会被销毁，其任何相应资源亦会被释放。

2、特点

（1）基于排他所有权模式：两个指针不能指向同一个资源。

（2）由于独占对象的拥有权，所以不提供拷贝构造函数和左值赋值函数重载。

（3）提供移动构造和移动赋值函数。

（4）为了实现单个对象和一组对象的管理，添加了删除器类型。

四、shared_ptr

1、shared_ptr分析和使用

shared_ptr实现了共享所有权方式来管理资源对象，这意味没有一个特定的shared_ptr拥有资源对象。相反，这些指向同一个资源对象的shared_ptr相互协作来确保资源对象在不需要的时候被析构。

2、特点

（1）基于共享所有权模式：多个指针能够同时指向同一个资源。

（2）基于共享所有权，使用引用计数控制块管理资源对象的生命期。

（3）提供拷贝构造函数和赋值重载函数；提供移动构造和移动赋值函数。

（4）为了实现单个对象和一组对象的管理，添加了删除器类型。

3、引用计数器的作用

（1）当新的shared_ptr对象与资源对象的地址关联时，则在其构造函数中，将与此资源对象关联的引用计数加1.

（2）当任何shared_ptr对象超出作用域时，则在其析构函数中，将与资源对象关联的引用计数减1.如果引用计数变为0，则表示没有其他shared_ptr对象与此资源对象关联，在这种情况下，它使用deleter删除器删除该资源对象。

五、weak_ptr

1、weak_ptr分析和使用

弱引用指引weak_ptr是用来监视shared_ptr的生命周期，是shared_ptr的一个助手。weak_ptr没有重载操作符*和->，因为它不与shared_ptr共享指针，不能操作资源，主要是通过shared_ptr获得资源的检测权，它的构造不会增加引用计数，它的析构也不会减少引用计数，纯粹只是作为一个旁观者来监视shared_ptr中管理的资源是否存在。weak_ptr还可以用来返回this指针和解决循环引用的问题。