C++ 智能指针代码深入讲解

前言

如果在程序中使用new从堆分配内存，等到不再需要时，应使用delete将其释放，C++引入了智能指针auto_ptr，以帮助自动完成这个过程，但是aoto_ptr也有其局限性，因此从Boost库中又引入了三种智能指针unique_ptr shared_ptr weak_ptr。

1，aoto_ptr

// ConsoleApplication1.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//
#include "stdafx.h"
#include <memory>
#include <string>
#include <iostream>
#include <ostream>
using namespace std;
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	auto_ptr<string>  ptr1(new string("this is ptr!"));
	auto_ptr<string>  ptr2;
	ptr2 = ptr1;
	cout << &ptr2<<endl;
	cout << *ptr2 << endl;
	return 0;
}

• output :

003AFBC0
this is ptr!

但是如果输出的是ptr1，程序会如何呢？

#include "stdafx.h"
#include <memory>
#include <string>
#include <iostream>
#include <ostream>
using namespace std;
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	auto_ptr<string>  ptr1(new string("this is ptr!"));
	auto_ptr<string>  ptr2;
	ptr2 = ptr1;
	cout << &ptr1 <<endl;
	cout << *ptr1 << endl;  #这一步程序会崩溃
	return 0;
}

崩溃原因： 首先ptr2 = ptr1表示ptr1将访问的权限给了ptr2，同时意味了ptr1已经没有访问字符串的权限，因此会报错。

那如何解决这个问题呢？引入了unique_ptr

2，unique_ptr

#include "stdafx.h"
#include <memory>
#include <string>
#include <iostream>
#include <ostream>
using namespace std;
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	unique_ptr<string> ptr1(new string("this is unique_ptr"));
	unique_ptr<string> ptr2;
	ptr2 = ptr1;  #这一步编译器会报错
	return 0;
}

unique_ptr 替代auto_ptr实现独占式，可以理解成，同一时刻只能有一个unique_ptr指向给定对象，unique_ptr对象始终是关联的原始指针的唯一所有者。无法复制unique_ptr对象，它只能移动。(这样可以保证，不会出现auto_ptr那样运行时会出现的隐藏内存崩溃问题)

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	unique_ptr<string> ptr1(new string("this is unique_ptr"));
	unique_ptr<string> ptr2;
	cout << &ptr1 << endl;
	unique_ptr<string> ptr3(new string("other unique_ptr"));
	cout << &ptr3 << endl;
	cout << *ptr3 << endl;
	return 0;
}

• output:

00D9F8B4
00D9F89C
other unique_ptr

3，share_ptr

// ConsoleApplication1.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//
#include "stdafx.h"
#include <memory>
#include <string>
#include <iostream>
#include <ostream>
using namespace std;
class base{
public:
	base()
	{
		cout << "begin..." << endl;
	};
	~base()
	{
		cout << "end..." << endl;
	}
};
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	base *a = new base();
	shared_ptr<base> ptr1(a);
	//shared_ptr<base> ptr2(a);    ## 如果加上这句程序会崩溃，双重管理陷阱，a对象被删除了两次
	return 0;
}

• output:

begin...

end...

• share_ptr的循环陷阱

#include "stdafx.h"
#include <memory>
#include <string>
#include <iostream>
#include <ostream>
using namespace std;
class CB;
class CA
{
public:
	CA()
	{
		cout << "CA call ..."<< endl;
	}
	~CA()
	{
		cout << "~CA call..."<< endl;
	}
	void setPtr(shared_ptr<CB> &ptr)
	{ 
		m_ptr_b = ptr;
	}
	int getCount()
	{
		return m_ptr_b.use_count();
	}
private:
	shared_ptr<CB> m_ptr_b;
};
class CB
{
public:
	CB()
	{
		cout << "CB call..." << endl;
	}
	~CB()
	{
		cout << "~CB call..." << endl;
	}
	void setPtr(shared_ptr<CA> ptr)
	{
		m_ptr_a = ptr;
	}
	int getCount()
	{
		return m_ptr_a.use_count();
	}

private:
	shared_ptr<CA> m_ptr_a;
};
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	shared_ptr<CA> ptr_a(new CA);
	shared_ptr<CB> ptr_b(new CB);
	cout << " CA count is : " << ptr_a->getCount()<<endl;
	cout << "CB count is:" << ptr_b->getCount()<< endl;
	ptr_a->setPtr(ptr_b);
	ptr_b->setPtr(ptr_a);
	cout << " CA count is : " << ptr_a->getCount() << endl;
	cout << "CB count is:" << ptr_b->getCount() << endl;
	return 0;
}

上面这段程序的思路用下面张图可以清晰的表示

图片和代码主要参考的是这篇很棒的博文：智能指针（三）：weak_ptr浅析

运行结果后发现并没有调用析构函数释放内存，以后存在内存泄漏的风险

那如何去解决这个问题呢？，可以通过引入weak_ptr来解决，但是weak_ptr需要与share_ptr配合使用

4, weak_ptr

通过在两个类中的一个成员变量改为weak_ptr对象，因为weak_ptr不会增加引用计数，使得引用形不成环，最后就可以正常的释放内部的对象，不会造成内存泄漏

class CB
{
public:
	CB()
	{
		cout << "CB call..." << endl;
	}
	~CB()
	{
		cout << "~CB call..." << endl;
	}
	void setPtr(shared_ptr<CA> ptr)
	{
		m_ptr_a = ptr;
	}
	int getCount()
	{
		return m_ptr_a.use_count();
	}

private:
	///shared_ptr<CA> m_ptr_a;
	weak_ptr<CA> m_ptr_a;  ## 改为weak_ptr对象
};

总结

遇到这类新的概念或者方法时，一定要不嫌麻烦的一行一行代码的去敲，在敲的过程中去理解吸收，如果只看不实践，很有可能理解不深刻，无法体会到其中的原理和机制，所以对待问题一定要沉下心来多实践。

本篇文章就到这里了，希望能够给你带来帮助，也希望您能够多多关注编程宝库的更多内容!

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