C++11中的智能指针
C++11中的智能指针
临峰不畏 发表于3年前
C++11中的智能指针
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摘要: 介绍C++11智能指针原理


在C++11中,引入了智能指针。主要有:unique_ptr, shared_ptr, weak_ptr。
这3种指针组件就是采用了boost里的智能指针方案。很多有用过boost智能指针的朋友,很容易地就能发现它们之间的关间:

std boost 功能说明
unique_ptr scoped_ptr 独占指针对象,并保证指针所指对象生命周期与其一致
shared_ptr shared_ptr 可共享指针对象,可以赋值给shared_ptr或weak_ptr。
指针所指对象在所有的相关联的shared_ptr生命周期结束时结束,是强引用。
weak_ptr weak_ptr 它不能决定所指对象的生命周期,引用所指对象时,需要lock()成shared_ptr才能使用。

C++11将boost里的这一套纳入了标准。

如下为示例代码:

//文件 test-1.cpp
#include <memory>
#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
    unique_ptr<int> up1(new int(11));
    unique_ptr<int> up2 = up1;   //! 编译时会出错 [1]

    cout << *up1 << endl;
    unique_ptr<int> up3 = move(up1);  //! [2]
    cout << *up3 << endl;
    if (up1)
        cout << *up1 << endl;

    up3.reset();  //! [3]
    up1.reset();

    shared_ptr<string> sp1(make_shared<string>("Hello"));
    shared_ptr<string> sp2 = sp1;
    cout << "*sp1:" << *sp1 << endl;
    cout << "*sp2:" << *sp2 << endl;
    sp1.reset();
    cout << "*sp2:" << *sp2 << endl;

    weak_ptr<string> wp = sp2; //! [4]
    cout << "*wp.lock():" << *wp.lock() << endl;
    sp2.reset();
    cout << "*wp.lock():" << *wp.lock() << endl;  //! 运行时会出错
    return 0;
}
//编译命令: g++ -std=c++11 test-1.cpp

[1]: unique_ptr 是禁止复制赋值的,始终保持一个 unique_ptr 管理一个对象。
[2]: unique_ptr 虽然不能赋值,但可以通过 move() 函数转移对象的所有权。一旦被 move() 了,原来的 up1 则不再有效了。
[3]: reset() 可以让 unique_ptr 提前释放指针。
[4]: 由 shared_ptr 构造一个 weak_ptr

shared_ptr 与 weak_ptr

如下面的示例:

shared_ptr<string> s1(new string);
shared_ptr<string> s2 = s1;
weak_ptr<string> w1 = s2;

在内存中:

s1, s2, w1 都指向一个 ptr_manage 的对象。
在该对象中有 shared_ref_countweak_ref_count 两个域分别记录引用它的 shared_ptrweak_ptr 的个数。这个很容易办到,只要在复制构造与赋值函数中对相当地引用值进行加1,在析构中减1即可。ptr_manage 中的 ptr 域存放真正的对象指针地址。

shared_ref_cnt 被减为0时,自动释放 ptr 指针所指向的对象。当 shared_ref_cntweak_ref_cnt 都变成0时,才释放 ptr_manage 对象。
如此以来,只要有相关联的 shared_ptr 存在,对象就存在。weak_ptr 不影响对象的生命周期。当用 weak_ptr 访问对象时,对象有可能已被释放了,要先 lock()

当执行:

s1.reset()

此时:

shared_ref_cnt 由2减成了1。

再执行:

s2.reset()

此时:

shared_ref_cnt 已被减到0了,ptr 所对应的object已被释放,ptr 被清0。此时,ptr_manage 依旧保留。因为 w1 还需要引用它。

在最后,w1 也析构了的时候:

ptr_manage 中的 weak_ref_cnt 被减成0,最后连 ptr_manage 都释放了。

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临峰不畏
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