当你拥有一个强大到很牛逼的助手后,
它会给你的生活带来什么?
是希望还是毁灭?
你是否在使用C++编程语言的时候,偶尔会忘记delete,流程过于复杂,导致最终没有delete,然后程序最后异常地退出。这样的情况一定很多吧,我们是人,总有会忘记一些事的时候,忘记delete,并不罕见。
然而在,C++中存在一个智能指针功能,可以为你解决这个让人烦躁的问题,只是很少人去使用。下面,小编给大家讲几种智能指针的用法,不然,你们又要吐槽我说,天天扯淡,不务正业,没有干货。但就算是这样……
现在,我们严肃地开始,我们今天讲的有:std::auto_ptr、boost::scoped_ptr、boost::shared_ptr、boost::scoped_array、boost::shared_array、boost::weak_ptr、boost::intrusive_ptr。
也许你会觉得,用那么多指针就为了解决new,delete的问题,是不是有点小题大做?那你在编程的时候,能不能别忘记delete。好吧,看了文章,就知道有没有必要了。
具体使用1总括
对于编译器来说,智能指针实际上是一个栈对象,并非指针类型,在栈对象生命期即将结束时,智能指针通过析构函数释放有它管理的堆内存。所有智能指针都重载了“operator-”操作符,直接返回对象的引用,用以操作对象。访问智能指针原来的方法则使用“.”操作符。
访问智能指针包含的裸指针则可以用get()函数。由于智能指针是一个对象,所以if(my_smart_object)永远为真,要判断智能指针的裸指针是否为空,需要这样判断:if(my_smart_object.get())。
智能指针包含了reset()方法,如果不传递参数(或者传递NULL),则智能指针会释放当前管理的内存。如果传递一个对象,则智能指针会释放当前对象,来管理新传入的对象。
我们编写一个测试类来辅助分析:2std::auto_ptr
std::auto_ptr属于STL,当然在namespacestd中,包含头文件#include便可以使用。std::auto_ptr能够方便的管理单个堆内存对象。
我们从代码开始分析:执行结果为:上述为正常使用std::auto_ptr的代码,一切似乎都良好,无论如何不用我们显示使用该死的delete了。
其实好景不长,我们看看如下的另一个例子:
最终如上代码导致崩溃,如上代码时绝对符合C++编程思想的,居然崩溃了,跟进std::auto_ptr的源码后,我们看到,罪魁祸首是“my_memory2=my_memory”,这行代码,my_memory2完全夺取了my_memory的内存管理所有权,导致my_memory悬空,最后使用时导致崩溃。
所以,使用std::auto_ptr时,绝对不能使用“operator=”操作符。作为一个库,不允许用户使用,确没有明确拒绝[1],多少会觉得有点出乎预料。
看完std::auto_ptr好景不长的第一个例子后,让我们再来看一个:
执行结果为:看到什么异常了吗?我们创建出来的对象没有被析构,没有输出“~Simple:1”,导致内存泄露。当我们不想让my_memory继续生存下去,我们调用release()函数释放内存,结果却导致内存泄露(在内存受限系统中,如果my_memory占用太多内存,我们会考虑在使用完成后,立刻归还,而不是等到my_memory结束生命期后才归还)。
正确的代码应该为:或总结:std::auto_ptr可用来管理单个对象的对内存,但是,请注意如下几点:原来std::auto_ptr的release()函数只是让出内存所有权,这显然也不符合C++编程思想。
(1)尽量不要使用“operator=”。如果使用了,请不要再使用先前对象。
(2)记住release()函数不会释放对象,仅仅归还所有权。
(3)std::auto_ptr最好不要当成参数传递(读者可以自行写代码确定为什么不能)。
(4)由于std::auto_ptr的“operator=”问题,有其管理的对象不能放入std::vector等容器中。
(5)……
使用一个std::auto_ptr的限制还真多,还不能用来管理堆内存数组,这应该是你目前在想的事情吧,我也觉得限制挺多的,哪天一个不小心,就导致问题了。
由于std::auto_ptr引发了诸多问题,一些设计并不是非常符合C++编程思想,所以引发了下面boost的智能指针,boost智能指针可以解决如上问题。
让我们继续向下看。
3boost::scoped_ptr
boost::scoped_ptr属于boost库,定义在namespaceboost中,包含头文件#includeboost/smart_ptr.hpp便可以使用。boost::scoped_ptr跟std::auto_ptr一样,可以方便的管理单个堆内存对象,特别的是,boost::scoped_ptr独享所有权,避免了std::auto_ptr恼人的几个问题。
我们还是从代码开始分析:首先,我们可以看到,boost::scoped_ptr也可以像auto_ptr一样正常使用。但其没有release()函数,不会导致先前的内存泄露问题。其次,由于boost::scoped_ptr是独享所有权的,所以明确拒绝用户写“my_memory2=my_memory”之类的语句,可以缓解std::auto_ptr几个恼人的问题。
由于boost::scoped_ptr独享所有权,当我们真真需要复制智能指针时,需求便满足不了了,如此我们再引入一个智能指针,专门用于处理复制,参数传递的情况,这便是如下的boost::shared_ptr。
4boost::shared_ptr
boost::shared_ptr属于boost库,定义在namespaceboost中,包含头文件#includeboost/smart_ptr.hpp便可以使用。在上面我们看到boost::scoped_ptr独享所有权,不允许赋值、拷贝,boost::shared_ptr是专门用于共享所有权的,由于要共享所有权,其在内部使用了引用计数。boost::shared_ptr也是用于管理单个堆内存对象的。
我们还是从代码开始分析:执行结果为:boost::shared_ptr也可以很方便的使用。并且没有release()函数。关键的一点,boost::shared_ptr内部维护了一个引用计数,由此可以支持复制、参数传递等。boost::shared_ptr提供了一个函数use_count(),此函数返回boost::shared_ptr内部的引用计数。查看执行结果,我们可以看到在TestSharedPtr2函数中,引用计数为1,传递参数后(此处进行了一次复制),在函数TestSharedPtr内部,引用计数为2,在TestSharedPtr返回后,引用计数又降低为1。当我们需要使用一个共享对象的时候,boost::shared_ptr是再好不过的了。
在此,我们已经看完单个对象的智能指针管理,关于智能指针管理数组,我们接下来讲到。
5boost::scoped_array
boost::scoped_array属于boost库,定义在namespaceboost中,包含头文件#includeboost/smart_ptr.hpp便可以使用。
boost::scoped_array便是用于管理动态数组的。跟boost::scoped_ptr一样,也是独享所有权的。
我们还是从代码开始分析:下面肯定应该讲boost::shared_array了,一个用引用计数解决复制、参数传递的智能指针类。boost::scoped_array的使用跟boost::scoped_ptr差不多,不支持复制,并且初始化的时候需要使用动态数组。另外,boost::scoped_array没有重载“operator*”,其实这并无大碍,一般情况下,我们使用get()函数更明确些。
6boost::shared_array
boost::shared_array属于boost库,定义在namespaceboost中,包含头文件#includeboost/smart_ptr.hpp便可以使用。
由于boost::scoped_array独享所有权,显然在很多情况下(参数传递、对象赋值等)不满足需求,由此我们引入boost::shared_array。跟boost::shared_ptr一样,内部使用了引用计数。
我们还是从代码开始分析:执行结果为:跟boost::shared_ptr一样,使用了引用计数,可以复制,通过参数来传递。
至此,我们讲过的智能指针有std::auto_ptr、boost::scoped_ptr、boost::shared_ptr、boost::scoped_array、boost::shared_array。这几个智能指针已经基本够我们使用了,90%的使用过标准智能指针的代码就这5种。可如下还有两种智能指针,它们肯定有用,但有什么用处呢,一起看看吧。
7boost::weak_ptr
boost::weak_ptr属于boost库,定义在namespaceboost中,包含头文件#includeboost/smart_ptr.hpp便可以使用。
在讲boost::weak_ptr之前,让我们先回顾一下前面讲解的内容。似乎boost::scoped_ptr、boost::shared_ptr这两个智能指针就可以解决所有单个对象内存的管理了,这儿还多出一个boost::weak_ptr,是否还有某些情况我们没纳入考虑呢?
回答:有。首先boost::weak_ptr是专门为boost::shared_ptr而准备的。有时候,我们只关心能否使用对象,并不关心内部的引用计数。boost::weak_ptr是boost::shared_ptr的观察者(Observer)对象,观察者意味着boost::weak_ptr只对boost::shared_ptr进行引用,而不改变其引用计数,当被观察的boost::shared_ptr失效后,相应的boost::weak_ptr也相应失效。
我们还是从代码开始分析:执行结果为:现在要说的问题是,boost::weak_ptr到底有什么作用呢?从上面那个例子看来,似乎没有任何作用,其实boost::weak_ptr主要用在软件架构设计中,可以在基类(此处的基类并非抽象基类,而是指继承于抽象基类的虚基类)中定义一个boost::weak_ptr,用于指向子类的boost::shared_ptr,这样基类仅仅观察自己的boost::weak_ptr是否为空就知道子类有没对自己赋值了,而不用影响子类boost::shared_ptr的引用计数,用以降低复杂度,更好的管理对象。我们看到,尽管被赋值了,内部的引用计数并没有什么变化,当然,读者也可以试试传递参数等其他情况。
8boost::intrusive_ptr
boost::intrusive_ptr属于boost库,定义在namespaceboost中,包含头文件#includeboost/smart_ptr.hpp便可以使用。
总结如上讲了这么多智能指针,有必要对这些智能指针做个总结:
1、在可以使用boost库的场合下,拒绝使用std::auto_ptr,因为其不仅不符合C++编程思想,而且极容易出错。
2、在确定对象无需共享的情况下,使用boost::scoped_ptr(当然动态数组使用boost::scoped_array)。
3、在对象需要共享的情况下,使用boost::shared_ptr(当然动态数组使用boost::shared_array)。
4、在需要访问boost::shared_ptr对象,而又不想改变其引用计数的情况下,使用boost::weak_ptr,一般常用于软件框架设计中。
5、最后一点,也是要求最苛刻一点:在你的代码中,不要出现delete关键字(或C语言的free函数),因为可以用智能指针去管理。
好了,今天的课就讲到这里,俺要去搬砖了,工头给我批了两车上好的红砖。
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