c++11特性:独占的智能指针

发布时间:2023年12月22日

在C++中没有垃圾回收机制,必须自己释放分配的内存,否则就会造成内存泄露。解决这个问题最有效的方法是使用智能指针(smart pointer)。智能指针是存储指向动态分配(堆)对象指针的类,用于生存期的控制,能够确保在离开指针所在作用域时,自动地销毁动态分配的对象,防止内存泄露。智能指针的核心实现技术是引用计数,每使用它一次,内部引用计数加1,每析构一次内部的引用计数减1,减为0时,删除所指向的堆内存。

C++11中提供了三种智能指针,使用这些智能指针时需要引用头文件<memory>

  • std::shared_ptr:共享的智能指针
  • std::unique_ptr:独占的智能指针
  • std::weak_ptr:弱引用的智能指针,它不共享指针,不能操作资源,是用来监视shared_ptr的。

独占的智能指针的使用方法和共享的智能指针相似。?

1. 初始化?

std::unique_ptr是一个独占型的智能指针,它不允许其他的智能指针共享其内部的指针,可以通过它的构造函数初始化一个独占智能指针对象,但是不允许通过赋值将一个unique_ptr赋值给另一个unique_ptr。

// 通过构造函数初始化对象
unique_ptr<int> ptr1(new int(10));
// error, 不允许将一个unique_ptr赋值给另一个unique_ptr
unique_ptr<int> ptr2 = ptr1;

std::unique_ptr不允许复制,但是可以通过函数返回给其他的std::unique_ptr,还可以通过std::move来转译给其他的std::unique_ptr,这样原始指针的所有权就被转移了,这个原始指针还是被独占的。

#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;

unique_ptr<int> func()
{
    return unique_ptr<int>(new int(520));
}

int main()
{
    // 通过构造函数初始化
    unique_ptr<int> ptr1(new int(10));
    // 通过转移所有权的方式初始化
    unique_ptr<int> ptr2 = move(ptr1);
    // 即将被析构的临时对象
    unique_ptr<int> ptr3 = func();

    return 0;
}

unique_ptr独占智能指针类也有一个reset方法,函数原型如下:

void reset( pointer ptr = pointer() ) noexcept;

使用reset方法可以让unique_ptr解除对原始内存的管理,也可以用来初始化一个独占的智能指针。

int main()
{
    unique_ptr<int> ptr1(new int(10));
    unique_ptr<int> ptr2 = move(ptr1);

    ptr1.reset();
    ptr2.reset(new int(250));

    return 0;
}
  • ptr1.reset();解除对原始内存的管理
  • ptr2.reset(new int(250));重新指定智能指针管理的原始内存

?如果想要获取独占智能指针管理的原始地址,可以调用get()方法,函数原型如下:

pointer get() const noexcept;
int main()
{
    unique_ptr<int> ptr1(new int(10));
    unique_ptr<int> ptr2 = move(ptr1);

    ptr2.reset(new int(250));
    cout << *ptr2.get() << endl;	// 得到内存地址中存储的实际数值 250

    return 0;
}

接下来来用一段代码来简单演示上面用法的使用:

#include<iostream>
#include<memory>
using namespace std;

class Test
{
public:
	Test()
	{
		cout << "construct Test..." << endl;
	}

	Test(int x) : m_num(x)
	{
		cout << "construct Test,x = " << x << endl;
	}

	Test(string str)
	{
		cout << "construct Test,str = " << str << endl;
	}

	~Test()
	{
		cout << "destruct Test..." << endl;
	}

	void setValue(int v)
	{
		m_num = v;
	}

	void print()
	{
		cout << "m_num:" << m_num << endl;
	}

private:
	int m_num;
};

int main()
{
	ios::sync_with_stdio(0), cin.tie(0), cout.tie(0);
	// 通过构造函数初始化
	unique_ptr<int> ptr1(new int(9));
	//unique_ptr<int> ptr2 = ptr1;// error,指针是独占的,不能共享
	// 
	// 通过移动构造函数初始化
	unique_ptr<int> ptr2 = move(ptr1);// 将ptr1的资源转移到ptr2是可以的

	// 通过reset初始化
	ptr2.reset(new int(8));//管理另一块内存

	// 获取原始指针
	unique_ptr<Test> ptr3(new Test(1));
	Test* pt = ptr3.get();
	pt->setValue(2);
	pt->print();

	ptr3->setValue(4);
	ptr3->print();

	return 0;
}

输出结果为:

construct Test,x = 1
m_num:2
m_num:4
destruct Test...

2. 删除器?

?unique_ptr指定删除器和shared_ptr指定删除器是有区别的,unique_ptr指定删除器的时候需要确定删除器的类型,所以不能像shared_ptr那样直接指定删除器,举例说明:

shared_ptr<int> ptr1(new int(10), [](int*p) {delete p; });	// ok
unique_ptr<int> ptr1(new int(10), [](int*p) {delete p; });	// error

int main()
{
    using func_ptr = void(*)(int*);
    unique_ptr<int, func_ptr> ptr1(new int(10), [](int*p) {delete p; });

    return 0;
}

在上面的代码中第7行,func_ptr的类型和lambda表达式的类型是一致的。在lambda表达式没有捕获任何变量的情况下是正确的,如果捕获了变量,编译时则会报错:

int main()
{
    using func_ptr = void(*)(int*);
    unique_ptr<int, func_ptr> ptr1(new int(10), [&](int*p) {delete p; });	// error
    return 0;
}

?上面的代码中错误原因是这样的,在lambda表达式没有捕获任何外部变量时,可以直接转换为函数指针,一旦捕获了就无法转换了(是一个仿函数),如果想要让编译器成功通过编译,那么需要使用可调用对象包装器来处理声明的函数指针:

int main()
{
    using func_ptr = void(*)(int*);
    unique_ptr<int, function<void(int*)>> ptr1(new int(10), [&](int*p) {delete p; });
    return 0;
}

?接下来用一段代码来演示删除器的用法:

#include<iostream>
#include<memory>
using namespace std;

class Test
{
public:
	Test()
	{
		cout << "construct Test..." << endl;
	}

	Test(int x) : m_num(x)
	{
		cout << "construct Test,x = " << x << endl;
	}

	Test(string str)
	{
		cout << "construct Test,str = " << str << endl;
	}

	~Test()
	{
		cout << "destruct Test..." << endl;
	}

	void setValue(int v)
	{
		m_num = v;
	}

	void print()
	{
		cout << "m_num:" << m_num << endl;
	}

private:
	int m_num;
};

int main()
{
	ios::sync_with_stdio(0), cin.tie(0), cout.tie(0);
	// 通过构造函数初始化
	unique_ptr<int> ptr1(new int(9));
	//unique_ptr<int> ptr2 = ptr1;// error,指针是独占的,不能共享
	// 
	// 通过移动构造函数初始化
	unique_ptr<int> ptr2 = move(ptr1);// 将ptr1的资源转移到ptr2是可以的

	// 通过reset初始化
	ptr2.reset(new int(8));//管理另一块内存

	// 获取原始指针
	unique_ptr<Test> ptr3(new Test(1));
	Test* pt = ptr3.get();
	pt->setValue(2);
	pt->print();

	ptr3->setValue(4);
	ptr3->print();

	using ptrFunc = void(*)(Test*);
	unique_ptr<Test, ptrFunc> ptr4(new Test("luffy"), [](Test* t) {
		cout << "----------------" << endl;
		delete t;
	});


	return 0;
}

输出结果为:

construct Test,x = 1
m_num:2
m_num:4
construct Test,str = luffy
----------------
destruct Test...
destruct Test...

由输出结果可以得知,ptr4管理的这块内存就被析构了。

若lambda表达式捕获外部变量,就需要将ptr4那块语句改为:

unique_ptr<Test, function<void(Test *)>> ptr5(new Test("luffy"), [=](Test* t) {
	cout << "----------------" << endl;
	delete t;
	});

?仿函数的类型只能通过可调用对象包装器对他的类型进行包装。

?特别需要注意的是:独占智能指针能自动释放内存。

?

#include<iostream>
#include<memory>
#include<functional>
using namespace std;

class Test
{
public:
	Test()
	{
		cout << "construct Test..." << endl;
	}

	Test(int x) : m_num(x)
	{
		cout << "construct Test,x = " << x << endl;
	}

	Test(string str)
	{
		cout << "construct Test,str = " << str << endl;
	}

	~Test()
	{
		cout << "destruct Test..." << endl;
	}

	void setValue(int v)
	{
		m_num = v;
	}

	void print()
	{
		cout << "m_num:" << m_num << endl;
	}

private:
	int m_num;
};

int main()
{
	ios::sync_with_stdio(0), cin.tie(0), cout.tie(0);
	// 通过构造函数初始化
	unique_ptr<int> ptr1(new int(9));
	//unique_ptr<int> ptr2 = ptr1;// error,指针是独占的,不能共享
	// 
	// 通过移动构造函数初始化
	unique_ptr<int> ptr2 = move(ptr1);// 将ptr1的资源转移到ptr2是可以的

	// 通过reset初始化
	ptr2.reset(new int(8));//管理另一块内存

	// 获取原始指针
	unique_ptr<Test> ptr3(new Test(1));
	Test* pt = ptr3.get();
	pt->setValue(2);
	pt->print();

	ptr3->setValue(4);
	ptr3->print();

	using ptrFunc = void(*)(Test*);
	unique_ptr<Test, ptrFunc> ptr4(new Test("luffy"), [](Test* t) {
		cout << "----------------" << endl;
		delete t;
	});
	
	// 独占的智能指针可以管理数组类型的地址,能够自动释放
	// 在unique_ptr指定T [],删除器就知道删除的是一个数组类型的内存
	unique_ptr<Test[]> ptr5(new Test[3]{1, 2, 3});

	return 0;
}

输出结果为:

construct Test,x = 1
m_num:2
m_num:4
construct Test,str = luffy
construct Test,x = 1
construct Test,x = 2
construct Test,x = 3
destruct Test...
destruct Test...
destruct Test...
----------------
destruct Test...
destruct Test...

由输出结果可以看出,数组成功被析构了,先创建的后析构(在栈上)。?

在c++11后共享指针也可以自动释放数组内存了:

// 在c++11中shared_ptr6不支持下面的写法,c++11以后才支持的
shared_ptr<Test[]> ptr6(new Test[3]{ 1, 2, 3 });

本文参考:独占的智能指针 | 爱编程的大丙 (subingwen.cn)?

文章来源:https://blog.csdn.net/qq_73185160/article/details/135156411
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