C++11之智能指针

发表于:2017-5-12 09:00

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 作者:茶花盛开    来源:极客头条

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DoNet
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  使用c++,除了c++的语法外,指针是我们面临的最的大一个问题,由于使用不当就会导致程序意外退出,或着内存的占用越来越多,总结起来这些错误由以下三个原因造成。
  1 野指针:指针指向的内存已经被释放,但是我们还在使用该指针,或者还在使用之前指向的指针,此时程序会崩溃,也有可能导致已经释放的内存被重新分配给程序使用,造成意想不到的后果。
  2 重复释放:程序尝试释放已经被释放的内存单元,或者释放已经被重新分配过的内存单元,会导致重复释放错误。
  3 内存泄漏:不需要的内存单元没有释放,一旦程序一直在重复这样的操作,会导致程序的内存占用月来越高。
  虽然显示的手动管理内存,给程序的内存管理带来了很大的自由度,可以高效的利用系统的内存,但是也是非常容易出错的,随着多线程程序的出现和广泛使用,这样的问题会更加严重,因此c++11通过智能指针来摆脱显示的内存管理,标准库还实现了‘最小垃圾回收’的支持。
  如果你想学习C/C++可以来这个群,首先是三三零,中间是八五九,最后是七六六,里面有大量的学习资料可以下载。
  c++11中通过unique_ptr,shared_ptr和weak_ptr等智能指针来实现自动释放堆内存。
#include <memory>
#include <iostream>
using namespace std;
struct Test{
int a;
};
class Demo {
public:
Demo() {
b = new Test();
std::cout << "Demo ()" << std::endl;
}
~Demo() {
std::cout << "~Demo ()" << std::endl;
}
void Say() {
std::cout << "Dem::Say()==>" << b->a << std::endl;
}
public:
Test *b;
};
int main()
{
std::cout << "////////////////unique_ptr///////////////////////" << std::endl;
////////////////unique_ptr///////////////////////
unique_ptr<Demo> unique_ptr_demo1(new Demo);
unique_ptr_demo1->Say();
// unique_ptr<Demo> unique_ptr_demo2 = unique_ptr_demo1; //无法通过编译
Demo demo2 = *unique_ptr_demo1;
unique_ptr<Demo> unique_ptr_demo3 = move(unique_ptr_demo1);
unique_ptr_demo3->Say();
// Demo demo5 = *unique_ptr_demo1; //运行时错误
//
////////////////shared_ptr///////////////////////
std::cout << "////////////////shared_ptr///////////////////////" << std::endl;
shared_ptr<Demo> shared_ptr_demo1(new Demo());
shared_ptr_demo1->Say();
// shared_ptr_demo1.reset();
shared_ptr<Demo> shared_ptr_demo2 = shared_ptr_demo1;
shared_ptr_demo1.reset();
// shared_ptr_demo2.reset(); //运行时错误2
shared_ptr_demo2->Say();
return 0;
}
  这里我们可以看到不用我们手动释放指针指向的内存,编译器会帮我们释放该内存,对于析构函数的三次调用,分别对应unique_ptr_demo3,demo2和shared_ptr_demo1.
  我们主要看unique_ptr和shared_ptr的区别,unique_ptr跟所指对象的内存紧紧的绑定在一起,不和其他的指针共享其指向的内存(例子中:无法通过编译的注释),也就是说unique_ptr不能赋值给别的unique_ptr,更深的讲,实际上unique_ptr的拷贝构造函数被删除,所以我们不能赋值。但是我们可以通过move语义来窃取unique_ptr的内存,但是要注意注释:运行时错误,我们窃取了内存后,该指针就不能在使用了,因为他指向的内存已经被偷走了,特别是当它的成员变量中有指针时,会造成程序崩溃。
  shared_ptr可以赋值,允许多个shared_ptr共享一块内存,它采用了引用计数的内存管理方式,因此当它放弃了所有权时并不会释放内存,不回影响其他引用这块内存的指针,只有当引用计数变为0时才会释放内存。我们可以看到例子中 shared_ptr_demo1.reset();并没有影响shared_ptr_demo2(注:shared_ptr_demo1.reset的注释此处会彻底释放内存,shared_ptr_demo2会成为一个空指针)所以当我们通过reset显示的来销毁指针时,当引用计数没有为0时只是把指针设置成nullptr而已。因此既然编辑器会帮我们管理内存,如果不是特殊需求,就不要去显示的调用reset函数来释放销毁指针。
#include <memory>
#include <iostream>
using namespace std;
class Demo{
public:
void Say() {
std::cout << "Demo" << std::endl;
}
};
template <class T>
void CheckPtrIsValid(weak_ptr<T>& temp) {
shared_ptr<T> demo = temp.lock();
if (demo != nullptr) {
std::cout << "ptr is good" << std::endl;
}else{
std::cout << "ptr is null" << std::endl;
}
}
int main()
{
shared_ptr<Demo> shared_ptr_demo1(new Demo());
shared_ptr<Demo> shared_ptr_demo2 = shared_ptr_demo1;
weak_ptr<Demo> weak_ptr_demo1 = shared_ptr_demo1;
CheckPtrIsValid(weak_ptr_demo1);
shared_ptr_demo1->Say();
shared_ptr_demo2->Say();
shared_ptr_demo1.reset();
CheckPtrIsValid(weak_ptr_demo1);
shared_ptr_demo2.reset();
CheckPtrIsValid(weak_ptr_demo1);
return 0;
}
  最后说道weak_ptr,它的作用不同于以上两种,官方说法是它可以指向shared_ptr指向的内存,但不拥有该内存,当调用lock时可以返回指向内存的shared_ptr,上面的例子中有一个检查指针是否有效的函数,我们可以看到当我们两次调用reset释放指针使得内存引用计数变为0,释放内存。这里是2次,而不是三次就非常明确的证明了,weak_ptr并没有增加引用计数,也就是说并没有拥有该内存。
  说到这里,我们也应该感觉到我们使用最多的应该是shared_ptr了,只有在我们需要一个指针独占一块内存是才会用到unique _ptr,而weak_ptr在必要的时候可以用来监测shared_ptr指向的内存是否有效,这是一个非常重要且有意义的用法。
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