C++智能指针初学小结

本篇随笔仅作为个人学习《C++ Primer》智能指针一节后的部分小结，抄书严重，伴随个人理解。主要介绍shared_ptr、make_shared、weak_ptr的用法和联系。

C++通过一对运算符 new 和 delete进行动态内存管理，new在动态内存中为对象分配空间并返回一个指向该对象的指针，delete接受一个动态对象的指针，销毁对象并释放与之相关的内存。然而这样的动态内存的使用很危险，因为无法确保始终能在合适的时间释放内存对象。如果忘记释放内存，可能造成内存泄露；如果在尚有指针引用内存的情况下释放内存，会产生非法访问内存的指针。

C++11中，新的标准库提供了两种智能指针（smart pointer）类型来更安全地管理对象。智能指针的使用和常规指针类似，只是它们多了自动释放所指向的对象的功能。两种指针的区别在于管理底层指针的方式：shared_ptr允许多个指针指向同一个对象，unique_ptr不支持。标准库还提供了weak_ptr这一弱指针，指向shared_ptr所管理的对象。三种类型都定义在头文件memory中。

shared_ptr的使用和vector很相似，在尖括号内说明所指向对象的类型：

shared_ptr<string> p1              // p1是shared_ptr，指向string类型
shared_ptr<list<int>> p2     // p2是shared_ptr，指向list的int

解引用一个智能指针就能获得它所指向的对象，在if语句中使用智能指针可以判断它指向的对象是否为空：

// 如果p1非空，检查p1是否指向一个空的string对象
if (p1 && p1->empty())
    *p1 = "creat";        // 如果p1非空且指向一个空的string对象，解引用p1，为其赋新值creat

最安全的分配和使用shared_ptr的方法是调用名为make_shared这一标准库函数。此函数在动态内存中分配并初始化它，返回指向此对象的shared_ptr。该函数定义在memory中。

make_shared的定义和shared_ptr相似，必须制定要创建对象的类型，如：

// 指向一个值为1的int的shared_ptr
shared_ptr<int> p3 = make_shared<int>)(1);
// 指向一个值为“www”的string的shared_ptr
shared_ptr<string> p4 = make_shared<string>(3, "w");
// 指向一个初始化的int，值为0
shared_ptr<int> p5 = make_shared<int>)();

也可以使用auto定义对象保存make_shared，可以省去书写shared_ptr的麻烦。

shared——ptr中有一个关联的指示器，称为引用计数。可以看做一个计数器，每当shared_ptr对象进行拷贝操作，如用一个shared_ptr对象初始化另一个shared_ptr对象、作为函数的实参、作为函数返回值时，引用计数都会递增（视为数值+1）。当赋予shared_ptr新值或者shared_ptr被销毁时，引用计数递减。当引用计数减为0，通过析构函数，shared_ptr自动销毁所管理的对象，释放内存。

需要注意的是，如果多个对象共享底层数据，当某一对象被销毁，不能单方面销毁底层数据，例如：

Blob<string> b1;
{ // 新作用域
    Blob<string> b2 = { "x", "b", "b" };
    b1 = b2;
}    // 当离开局部作用域，b2被销毁，然而b2中的元素xbb并不会被销毁
     // b1指向最初由b2创建的元素，即“x”, "b", "b"，b1依旧可以它们

weak_ptr是指向shared_ptr管理的对象的一种智能指针，然而它不控制所指向对象的生存期。将一个weak_ptr绑定在shared_ptr上，不会改变shared_ptr的引用计数，一旦最后一个shared_ptr的指向对象被摧销毁，对象就会被释放，有无weak_ptr并无卵影响。我的理解是，weak_ptr提供了指向shared_ptr底层数据的功能，控制了shared_ptr对底层数据的访问。

因为weak_ptr指向的对象可能不存在（shared_ptr指向的最后一个对象被销毁时），因而用它不能直接访问对象，必须调用lock函数检查其指向的对象是否存在。很容易写出一个选择语句进行控制：

auto bb = make_shared<string>(2, 'b');
weak_ptr<string> xbb(bb);
if (shared_pr<int> np = xbb.lock()) {  // np不为空条件成立
    // 在if语句内，np和xbb共享对象    
}

补充weak_ptr相关的函数，便于理解：

加入《C++ Primer 5th》中的12.19题参照，题中和“智能指针和异常”并未在本篇随笔中介绍

1 #include <iostream>　　　　
 2 #include <string>
 3 #include <vector>
 4 #include <memory>
 5 #include <initializer_list>
 6 using namespace std;
 7 using std::string;
 8 using std::vector;
 9 class StrBlobPtr;
10 class StrBlob {
11 public:
12     friend class StrBlobPtr;            // 友元
13     StrBlobPtr begin();                 // 声明StrBlob类中的begin()和end()
14     StrBlobPtr end();                   // 返回一个指向它自身的StrBlobPtr
15 public:
16     typedef vector<string>::size_type size_type;    // 类型别名，size_type = vector<string>::size_type
17 
18     StrBlob::StrBlob(initializer_list<string> il) : data(make_shared<vector<string>>(il)) {};    // 接受一个initializer_list参数的构造函数将其参数传　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　递给对应的vector构造函数，通过拷贝列表
19     StrBlob::StrBlob() : data(make_shared<vector<string>>()) {};                                 // 构造函数，初始化data成员，指向动态分配的vector                   　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　中的值初始化vector元素
20     void push_back(const string &t) { data->push_back(t); }
21     string& StrBlob::front() {
22         check(0, "front on empty StrBlob");
23         return data->front();
24     }
25     string& StrBlob::back() {
26         check(0, "back on empty StrBlob");
27         return data->back();
28     }
29     void StrBlob::pop_back() {                         // 删除尾元素
30         check(0, "pop_back empty StrBlob");
31         return data->pop_back();
32     }
33     string& front() const { return data->front(); };
34     string& back() const { return data->back(); };
35 private:
36     shared_ptr<vector<string>> data;
37     void StrBlob::check(size_type i, const string &msg) const {   // 检查元素是否存在
38         if (i >= data->size())                                    // 若不存在
39             throw out_of_range(msg);                              // 抛出异常
40     }
41 };
42 class StrBlobPtr {
43 public:
44     StrBlobPtr() : curr(0) {};
45     StrBlobPtr(StrBlob &a, size_t sz = 0) : wptr(a.data), curr(sz) {};
46     string & deref() const {
47         auto p = check(curr, "dereference past end");
48         return (*p)[curr];    // check成功，返回一个p指针，指向make_shared指向的vector
49     }                        // 解引用，make_shared获取vector，用下表运算符返回curr位置上的对象
50     StrBlobPtr& incr() {
51         check(curr, "increment past end of StrBlobPtr");
52         ++curr;
53         return *this;
54     }
55     bool operator!=(const StrBlobPtr& p) { return p.curr != curr; }
56 
57 private:
58     weak_ptr<vector<string>> wptr;
59     size_t curr;
60     shared_ptr<vector<string>> check(size_t i, const string& msg) const
61     {
62         auto rent = wptr.lock();
63         if (!rent)
64             throw runtime_error("unbound StrBlobPtr");
65         if (i >= rent->size())
66             throw out_of_range(msg);
67         return rent;
68     }
69 };
70 StrBlobPtr StrBlob::begin()
71 {
72     return StrBlobPtr(*this);
73 }
74 StrBlobPtr StrBlob::end()
75 {
76     return StrBlobPtr(*this, data->size());
77 }

原文链接: https://www.cnblogs.com/xvbb/p/4990158.html

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