智能指针模板类

艰默

发布于 2023-02-26 10:53:55

74300

代码可运行

文章被收录于专栏：iDoitnowiDoitnow

运行总次数：0

代码可运行

智能指针是行为类似于指针的类对象，但这种对象还有其他功能。使用指针指向一块新申请的内存的过程中，有时忘记释放新申请的内存，导致内存泄漏。为了防止该问题的发生，C++提供了智能指针模板类。其思想就是将常规的指针变成一个类对象，该对象主要实现常规指针的功能，当该对象过期的时候，会自动调用其析构函数，在析构函数中完成内存释放的操作。

智能指针有auto_ptr、unique_ptr、shared_ptr和weak_ptr（本章暂时不做详细介绍），其中auto_ptr在C++11中摒弃。

class A{...};
void fun()
{
    A* pa = new A;
    std::auto_ptr<A> p1 = new A;
    std::unique_ptr<A> p2 = new A;
    std::shared_ptr<A> p3 = new A;
    ...
    delete pa; //必须在pa过期之前释放分配的内存
    //delete p1;//不需要手动释放内存，在p1过期的时候，会自动调用其析构函数释放对应的内存块
    //delete p2;//不需要手动释放内存，在p2过期的时候，会自动调用其析构函数释放对应的内存块
    //delete p3;//不需要手动释放内存，在p3过期的时候，会自动调用其析构函数释放对应的内存块   
}

有关智能指针的注意事项

常规的指针在使用的过程中两个指针可能会指向同一个对象，这是不能接受的，因为程序在结束的时候会存在删除同一对象两次的问题，如下例：

std::string* ps (new std::string("abc"));
std::string* p1;
p1 = pa;  
...
delete ps;
delete pa;

针对上述问题，auto_ptr和unique_ptr在常规指针的基础上增加了所有权的概念，对于特定对象，只有一个指针可以拥有它，这样只有拥有对象的智能指针才能删除该对象。

而shared_ptr采用跟踪引用特定对象的智能计数（即引用计数）策略。例如，赋值的时候，计数加1，而指针过期的时候，计数减1，仅当最后一个指针过期的时候才调用delete。

下面我们举个例子，看一下他们之间的区别。

auto_ptr<std::string> p1(new std::string("abc"));
auto_ptr<std::string> p2;
p2 = p1;    //p2接管string对象的所有权后，p1的所有权被剥夺，其不再指向有效数据，后面如果尝试调用p1，程序运行的时候则会导致程序core dumped

unique_ptr<std::string> p1(new std::string("abc"));
unique_ptr<std::string> p2;
p2 = p1;    //p2接管string对象的所有权后，p1的所有权被剥夺，其不再指向有效数据，后面如果尝试调用p1，则编译失败

shared_ptr<std::string> p1(new std::string("abc"));//引用计数器为1
shared_ptr<std::string> p2;
p2 = p1; //引用计数器为2
//在p1、p2过期的过程中，计数器相应减1，当最后一个智能指针过期的时候，调用修购函数时，将引用计数器降低到0，并释放对应的空间

从上面的例子可以看出unique_ptr与auto_ptr最大的区别就在于当一个智能指针的所有权被剥夺后，若后面的程序要调用它的时候，unique_ptr直接在编译阶段就失败，将问题暴露出来，而auto_ptr编译阶段不会报错，在程序运行的时候出现异常，因此unique_ptr的安全性更高（编译阶段错误比程序崩溃更安全）。

相比auto_ptr，unique_ptr另外一个优点就是它有一个可以用于数组的变体。我们知道delete与new配对，delete[]与new[]配对，而auto_ptr中使用的是delete，而不是delete[]，因此只能与new一起使用，不能与new[]一起使用。但unique_ptr有delete和delete[]两个版本，它可以与new一起使用，也可以与new[]一起使用。同样的，shared_ptr也支持与new一起使用，不支持new[]的使用。

注：使用new分配内存时，可以使用auto_ptr、unique_ptr、shared_ptr；使用new[]分配内存时，不能使用auto_ptr和shared_ptr，可以使用unique_ptr；不使用new和new[]分配内存时，不能使用unique_ptr。