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智能指针

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原文链接：C++ 智能指针

一、使用智能指针原因

智能指针就是帮C++程序员管理动态分配的内存的，它会帮助我们自动释放new出来的内存，从而避免内存泄漏！

如下例子就是内存泄露的例子：

#include <iostream>
#include <string>
#include <memory>

using namespace std;


// 动态分配内存，没有释放就return
void memoryLeak1() {
    string *str = new string("动态分配内存！");
    return;
}

// 动态分配内存，虽然有些释放内存的代码，但是被半路截胡return了
int memoryLeak2() {
    string *str = new string("内存泄露！");

    // ...此处省略一万行代码

    // 发生某些异常，需要结束函数
    if (1) {
        return -1;
    }
    /
    // 另外，使用try、catch结束函数，也会造成内存泄漏！
    /

    delete str;    // 虽然写了释放内存的代码，但是遭到函数中段返回，使得指针没有得到释放
    return 1;
}


int main(void) {

    memoryLeak1();

    memoryLeak2();

    return 0;
}

memoryLeak1函数中，new了一个字符串指针，但是没有delete就已经return结束函数了，导致内存没有被释放，内存泄露！

memoryLeak2函数中，new了一个字符串指针，虽然在函数末尾有些释放内存的代码delete str，但是在delete之前就已经return了，所以内存也没有被释放，内存泄露！

使用指针，我们没有释放，就会造成内存泄露。但是我们使用普通对象却不会！

思考：如果我们分配的动态内存都交由有生命周期的对象来处理，那么在对象过期时，让它的析构函数删除指向的内存，这看似是一个 very nice 的方案？

智能指针就是通过这个原理来解决指针自动释放的问题！

  1. C++98 提供了 auto_ptr 模板的解决方案
  2. C++11 增加unique_ptr、shared_ptr 和weak_ptr

二、auto_ptr（废弃）

auto_ptr 是c++ 98定义的智能指针模板，其定义了管理指针的对象，可以将new 获得（直接或间接）的地址赋给这种对象。当对象过期时，其析构函数将使用delete 来释放内存！

（一）用法

头文件: #include < memory >

用 法: auto_ptr<类型>  变量名(new 类型)

例如:

auto_ptr<string>  str(new string(“我要成为大牛~ 变得很牛逼！”));
auto_ptr<vector<int>>  av(new vector< int >());
auto_ptr<int>  array(new int[10]);

（二）例子

我们先定义一个类，类的构造函数和析构函数都输出一个字符串用作提示！
定义一个私有成员变量，赋值20.
再定义一个私有成员方法用于返回这个私有成员变量。

class Test {
public:
    Test() { cout << "Test的构造函数..." << endl; }
    ~Test() { cout << "Test的析构函数..." << endl; }

    int getDebug() { return this->debug; }

private:
    int debug = 20;
};

当我们直接new这个类的对象，却没有释放时：

int main(void) {
    Test *test = new Test;

    return 0;
}

输出：

智能指针

可以看到，只是打印了构造函数这个字符串，而析构函数的字符却没有被打印，说明并没有调用析构函数！这就导致了内存泄露！

解决内存泄露的办法，要么手动delete，要么使用智能指针！

使用智能指针：

// 定义智能指针
auto_ptr<Test> test(new Test);

智能指针可以像普通指针那样使用：

cout << "test->debug：" << test->getDebug() << endl;
cout << "(*test).debug：" << (*test).getDebug() << endl;

这时再试试：

int main(void) {

    //Test *test = new Test;
    auto_ptr<Test> test(new Test);

    cout << "test->debug：" << test->getDebug() << endl;
    cout << "(*test).debug：" << (*test).getDebug() << endl;

    return 0;
}

使用智能指针后，输出为：

智能指针

自动调用了析构函数。

（三）为什么智能指针可以像普通指针那样使用

因为其里面重载了 * 和 -> 运算符， * 返回普通对象，而 -> 返回指针对象。

智能指针

（具体原因不用深究，只需知道他为什么可以这样操作就行！）

函数中返回的是调用get()方法返回的值

（四）智能指针的三个常用函数

1.get() 获取智能指针托管的指针地址

// 定义智能指针
auto_ptr<Test> test(new Test);

Test *tmp = test.get();        // 获取指针返回
cout << "tmp->debug：" << tmp->getDebug() << endl;

但我们一般不会这样使用，因为都可以直接使用智能指针去操作，除非有一些特殊情况。

get()函数原型：

_NODISCARD _Ty * get() const noexcept
{    // return wrapped pointer
    return (_Myptr);
}

2.release() 取消智能指针对动态内存的托管

// 定义智能指针
auto_ptr<Test> test(new Test);

Test *tmp2 = test.release();    // 取消智能指针对动态内存的托管
delete tmp2;    // 之前分配的内存需要自己手动释放

也就是智能指针不再对该指针进行管理，改由管理员进行管理！

release()函数原型：

_Ty * release() noexcept
{    // return wrapped pointer and give up ownership
    _Ty * _Tmp = _Myptr;
    _Myptr = nullptr;
    return (_Tmp);
}

3.reset() 重置智能指针托管的内存地址，如果地址不一致，原来的会被析构掉

// 定义智能指针
auto_ptr<Test> test(new Test);

test.reset();            // 释放掉智能指针托管的指针内存，并将其置NULL

test.reset(new Test());    // 释放掉智能指针托管的指针内存，并将参数指针取代之

reset函数会将参数的指针(不指定则为NULL)，与托管的指针比较。如果地址不一致，那么就会析构掉原来托管的指针，然后使用参数的指针替代之，然后智能指针就会托管参数的那个指针了。

reset()函数原型：

void reset(_Ty * _Ptr = nullptr)
{    // destroy designated object and store new pointer
    if (_Ptr != _Myptr)
        delete _Myptr;
    _Myptr = _Ptr;
}

（五）使用建议

1.尽可能不要将auto_ptr 变量定义为全局变量或指针；

// 没有意义，全局变量也是一样
auto_ptr<Test> *tp = new auto_ptr<Test>(new Test);

当设定为全局变量的时候，比如全局定义这样的一个对象：auto_ptr t(new Test())，那t这个对象只有在程序执行结束的时候才会被释放，就达不到我们使用它的目的和初衷。使用智能指针就没有意义了

2.除非自己知道后果，不要把auto_ptr 智能指针赋值给同类型的另外一个 智能指针；

auto_ptr<Test> t1(new Test);
auto_ptr<Test> t2(new Test);
t1 = t2;    // 不要这样操作...

智能指针

可以发现cout<<ap2->m_data<<endl;未输出

当一个auto_ptr的智能指针对象拷贝其他指针的值后, 之前的的auto_ptr就失效了。这里的拷贝指的是拷贝构造和对象之间的赋值(即赋值运算符重载) 。auto_ptr为什么要这样做呢? 事出反常必有妖, 原因就是堆区内存不能重复释放, 但当多个auto_ptr智能指针都指向同一片堆区内存时, 每一个auto_ptr智能指针最终都会释放, 这就会导致重复释放的问题。所以为了避免这种bug产生, auto_ptr索性采取一种托管的思想, 指针只有一份, 给你我就没有了, 即在拷贝之后, 直接让旧的失效。这样就避免的重复释放的问题. 但也导致了之前的智能指针不能用

3.C++11 后auto_ptr 已经被“抛弃”，已使用unique_ptr替代！C++11后不建议使用auto_ptr。

4.auto_ptr 被C++11抛弃的主要原因

（1） 复制或者赋值都会改变资源的所有权

// auto_ptr 被C++11抛弃的主要原因
auto_ptr<string> p1(new string("I'm Li Ming!"));
auto_ptr<string> p2(new string("I'm age 22."));

cout << "p1：" << p1.get() << endl;
cout << "p2：" << p2.get() << endl;

// p2赋值给p1后，首先p1会先将自己原先托管的指针释放掉，然后接收托管p2所托管的指针，
// 然后p2所托管的指针制NULL，也就是p1托管了p2托管的指针，而p2放弃了托管。
p1 = p2;    
cout << "p1 = p2 赋值后：" << endl;
cout << "p1：" << p1.get() << endl;
cout << "p2：" << p2.get() << endl;

智能指针

（2）在STL容器中使用auto_ptr存在着重大风险，因为容器内的元素必须支持可复制和可赋值

vector<auto_ptr<string>> vec;
auto_ptr<string> p3(new string("I'm P3"));
auto_ptr<string> p4(new string("I'm P4"));

// 必须使用std::move修饰成右值，才可以进行插入容器中
vec.push_back(std::move(p3));
vec.push_back(std::move(p4));

cout << "vec.at(0)：" <<  *vec.at(0) << endl;
cout << "vec[1]：" <<  *vec[1] << endl;


// 风险来了：
vec[0] = vec[1];    // 如果进行赋值，问题又回到了上面一个问题中。
cout << "vec.at(0)：" << *vec.at(0) << endl;
cout << "vec[1]：" << *vec[1] << endl;

访问越界了！

智能指针

（3）不支持对象数组的内存管理

auto_ptr<int[]> array(new int[5]);    // 不能这样定义

智能指针

所以，C++11用更严谨的unique_ptr 取代了auto_ptr！

（六）总结

测试代码：

#include <iostream>
#include <string>
#include <memory>
#include <vector>

using namespace std;

class Test {
public:
    Test() { cout << "Test的构造函数..." << endl; }
    ~Test() { cout << "Test的析构函数..." << endl; }

    int getDebug() { return this->debug; }

private:
    int debug = 20;
};

// 不要定义为全局变量，没有意义
//auto_ptr<Test> test(new Test);

void memoryLeak1() {
    //Test *test = new Test;

    // 定义智能指针
    auto_ptr<Test> test(new Test);
    
    cout << "test->debug：" << test->getDebug() << endl;
    cout << "(*test).debug：" << (*test).getDebug() << endl;


    // get方法
    Test *tmp = test.get();        // 获取指针返回
    cout << "tmp->debug：" << tmp->getDebug() << endl;


    // release方法
    Test *tmp2 = test.release();    // 取消智能指针对动态内存的托管
    delete tmp2;    // 之前分配的内存需要自己手动释放


    // reset方法：重置智能指针托管的内存地址，如果地址不一致，原来的会被析构掉
    test.reset();            // 释放掉智能指针托管的指针内存，并将其置NULL
    test.reset(new Test());    // 释放掉智能指针托管的指针内存，并将参数指针取代之


    // 忠告：不要将智能指针定义为指针
    //auto_ptr<Test> *tp = new auto_ptr<Test>(new Test);

    // 忠告：不要定义指向智能指针对象的指针变量
    //auto_ptr<Test> t1(new Test);
    //auto_ptr<Test> t2(new Test);
    //t1 = t2;

    return;
}

int memoryLeak2() {
    //Test *test = new Test();

    // 定义智能指针
    auto_ptr<Test> test(new Test);

    // ...此处省略一万行代码

    // 发生某些异常，需要结束函数
    if (1) {
        return -1;
    }

    //delete test;
    return 1;
}


int main1(void) {

    //memoryLeak1();

    //memoryLeak2();

    //Test *test = new Test;
    //auto_ptr<Test> test(new Test);

    //cout << "test->debug：" << test->getDebug() << endl;
    //cout << "(*test).debug：" << (*test).getDebug() << endl;


     auto_ptr 被C++11抛弃的主要原因
    //auto_ptr<string> p1(new string("I'm Li Ming!"));
    //auto_ptr<string> p2(new string("I'm age 22."));
    //
    //cout << "p1：" << p1.get() << endl;
    //cout << "p2：" << p2.get() << endl;

    //p1 = p2;
    //cout << "p1 = p2 赋值后：" << endl;
    //cout << "p1：" << p1.get() << endl;
    //cout << "p2：" << p2.get() << endl;



    // 弊端2.在STL容器中使用auto_ptr存在着重大风险，因为容器内的元素必须支持可复制
    vector<auto_ptr<string>> vec;
    auto_ptr<string> p3(new string("I'm P3"));
    auto_ptr<string> p4(new string("I'm P4"));

    vec.push_back(std::move(p3));
    vec.push_back(std::move(p4));

    cout << "vec.at(0)：" <<  *vec.at(0) << endl;
    cout << "vec[1]：" <<  *vec[1] << endl;


    // 风险来了：
    vec[0] = vec[1];
    cout << "vec.at(0)：" << *vec.at(0) << endl;
    cout << "vec[1]：" << *vec[1] << endl;


    // 弊端3.不支持对象数组的内存管理
    //auto_ptr<int[]> array(new int[5]);    // 不能这样定义
    return 0;
}

三、unique_ptr

 

原文链接: https://www.cnblogs.com/imreW/p/17138730.html

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