【C++】智能指针详解
【C++】智能指针详解
为什么需要智能指针？
下面我们先分析一下下面这段程序有没有什么 内存方面 的问题？提示一下：注意分析 MergeSort
函数中的问题。
int div()
{
int a, b;
cin >> a >> b;
if (b == 0)
throw invalid_argument("除0错误");
return a / b;
}
void Func()
{
// 1、如果p1这里new 抛异常会如何？
// 2、如果p2这里new 抛异常会如何？
// 3、如果div调用这里又会抛异常会如何？
int* p1 = new int;
int* p2 = new int;
cout << div() << endl;
delete p1;
delete p2;
}
int main()
{
try
{
Func();
}
catch (exception& e)
{
cout << e.what() << endl;
}
return 0;
}内存泄漏
什么是内存泄漏，内存泄漏的危害
什么是内存泄漏：内存泄漏指因为疏忽或错误造成程序未能释放已经不再使用的内存的情况。内存泄漏并不是指内存在物理上的消失，而是应用程序分配某段内存后，因为设计错误，失去了对该段内存的控制，因而造成了内存的浪费。
内存泄漏的危害：长期运行的程序出现内存泄漏，影响很大，如操作系统、后台服务等等，出现内存泄漏会导致响应越来越慢，最终卡死。
void MemoryLeaks()
{
// 1.内存申请了忘记释放
int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
int* p2 = new int;
// 2.异常安全问题
int* p3 = new int[10];
Func(); // 这里Func函数抛异常导致 delete[] p3未执行，p3没被释放.
delete[] p3;
}内存泄漏分类
C/C++ 程序中一般我们关心两种方面的内存泄漏：
堆内存泄漏 (Heap leak) 堆内存指的是程序执行中依据须要分配通过 malloc / calloc / realloc / new 等从堆中分配的一 块内存，用完后必须通过调用相应的 free 或者 delete 删掉。假设程序的设计错误导致这部分 内存没有被释放，那么以后这部分空间将无法再被使用，就会产生 Heap Leak 。 系统资源泄漏 指程序使用系统分配的资源，比方套接字、文件描述符、管道等没有使用对应的函数释放 掉，导致系统资源的浪费，严重可导致系统效能减少，系统执行不稳定。
如何检测内存泄漏
在 linux 下内存泄漏检测： linux下几款内存泄漏检测工具
在 windows 下使用第三方工具： VLD工具说明
其他工具： 内存泄漏工具比较
如何避免内存泄漏
1. 工程前期良好的设计规范，养成良好的编码规范，申请的内存空间记着匹配的去释放。 ps ：
这个理想状态。但是如果碰上异常时，就算注意释放了，还是可能会出问题。需要下一条智
能指针来管理才有保证。
2. 采用 RAII 思想或者智能指针来管理资源。
3. 有些公司内部规范使用内部实现的私有内存管理库。这套库自带内存泄漏检测的功能选项。
4. 出问题了使用内存泄漏工具检测。 ps ：不过很多工具都不够靠谱，或者收费昂贵。
总结一下 :
内存泄漏非常常见，解决方案分为两种： 1 、事前预防型。如智能指针等。 2 、事后查错型。如泄
漏检测工具。
智能指针的使用及原理
RAII
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
// 使用RAII思想设计的SmartPtr类
template<class T>
class SmartPtr {
public:
SmartPtr(T* ptr = nullptr)
: _ptr(ptr)
{}
~SmartPtr()
{
if(_ptr)
delete _ptr;
}
private:
T* _ptr;
};
int div()
{
int a, b;
cin >> a >> b;
if (b == 0)
throw invalid_argument("除0错误");
return a / b;
}
void Func()
{
ShardPtr<int> sp1(new int);
ShardPtr<int> sp2(new int);
cout << div() << endl;
}
int main()
{
try {
Func();
}
catch(const exception& e)
{
cout<<e.what()<<endl;
}
return 0;
}智能指针的原理
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 。
template<class T>
class SmartPtr {
public:
SmartPtr(T* ptr = nullptr)
: _ptr(ptr)
{}
~SmartPtr()
{
if(_ptr)
delete _ptr;
}
T& operator*() {return *_ptr;}
T* operator->() {return _ptr;}
private:
T* _ptr;
};
struct Date
{
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
SmartPtr<int> sp1(new int);
*sp1 = 10
cout<<*sp1<<endl;
SmartPtr<int> sparray(new Date);
// 需要注意的是这里应该是sparray.operator->()->_year = 2018;
// 本来应该是sparray->->_year这里语法上为了可读性，省略了一个->
sparray->_year = 2018;
sparray->_month = 1;
sparray->_day = 1;
}总结一下智能指针的原理：
1. RAII 特性 2. 重载 operator* 和 opertaor-> ，具有像指针一样的行为。
std::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
// C++98 管理权转移 auto_ptr
namespace bit
{
template<class T>
class auto_ptr
{
public:
auto_ptr(T* ptr)
:_ptr(ptr)
{}
auto_ptr(auto_ptr<T>& sp)
:_ptr(sp._ptr)
{
// 管理权转移
sp._ptr = nullptr;
}
auto_ptr<T>& operator=(auto_ptr<T>& ap)
{
// 检测是否为自己给自己赋值
if (this != &ap)
{
// 释放当前对象中资源
if (_ptr)
delete _ptr;
// 转移ap中资源到当前对象中
_ptr = ap._ptr;
ap._ptr = NULL;
}
return *this;
}
~auto_ptr()
{
if (_ptr)
{
cout << "delete:" << _ptr << endl;
delete _ptr;
}
}
// 像指针一样使用
T& operator*()
{
return *_ptr;
}
T* operator->()
{
return _ptr;
}
private:
T* _ptr;
};
}
// 结论：auto_ptr是一个失败设计，很多公司明确要求不能使用auto_ptr
//int main()
//{
// std::auto_ptr<int> sp1(new int);
// std::auto_ptr<int> sp2(sp1); // 管理权转移
//
// // sp1悬空
// *sp2 = 10;
// cout << *sp2 << endl;
// cout << *sp1 << endl;
// return 0;
//}std::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
// C++11库才更新智能指针实现
// C++11出来之前，boost搞除了更好用的scoped_ptr/shared_ptr/weak_ptr
// C++11将boost库中智能指针精华部分吸收了过来
// C++11->unique_ptr/shared_ptr/weak_ptr
// unique_ptr/scoped_ptr
// 原理：简单粗暴 -- 防拷贝
namespace bit
{
template<class T>
class unique_ptr
{
public:
unique_ptr(T* ptr)
:_ptr(ptr)
{}
~unique_ptr()
{
if (_ptr)
{
cout << "delete:" << _ptr << endl;
delete _ptr;
}
}
// 像指针一样使用
T& operator*()
{
return *_ptr;
}
T* operator->()
{
return _ptr;
}
unique_ptr(const unique_ptr<T>& sp) = delete;
unique_ptr<T>& operator=(const unique_ptr<T>& sp) = delete;
private:
T* _ptr;
};
}
//int main()
//{
// /*bit::unique_ptr<int> sp1(new int);
// bit::unique_ptr<int> sp2(sp1);*/
//
// std::unique_ptr<int> sp1(new int);
// //std::unique_ptr<int> sp2(sp1);
//
// return 0;
//}std::shared_ptr
C++11中开始提供更靠谱的并且支持拷贝的shared_ptr
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。
C++11和boost中智能指针的关系
1. C++ 98 中产生了第一个智能指针 auto_ptr. 2. C++ boost 给出了更实用的 scoped_ptr 和 shared_ptr 和 weak_ptr. 3. C++ TR1 ，引入了 shared_ptr 等。不过注意的是 TR1 并不是标准版。 4. C++ 11 ，引入了 unique_ptr 和 shared_ptr 和 weak_ptr 。需要注意的是 unique_ptr 对应 boost 的 scoped_ptr 。并且这些智能指针的实现原理是参考 boost 中的实现的。
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