C++11新特性之八:smart pointers
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一.智能指针的作用
C++程序设计中使用堆内存是非常频繁的操作,堆内存的申请和释放都由程序员自己管理。程序员自己管理堆内存可以提高了程序的效率,但是整体来说堆内存的管理是麻烦的,C++11中引入了智能指针的概念,方便管理堆内存。使用普通指针,容易造成堆内存泄露(忘记释放),二次释放,程序发生异常时内存泄露等问题等,使用智能指针能更好的管理堆内存。
理解智能指针需要从下面三个层次:
1.从较浅的层面看,智能指针是利用了一种叫做RAII(资源获取即初始化)的技术对普通的指针进行封装,这使得智能指针实质是一个对象,行为表现的却像一个指针。
2.智能指针的作用是防止忘记调用delete释放内存和程序异常的进入catch块忘记释放内存。另外指针的释放时机也是非常有考究的,多次释放同一个指针会造成程序崩溃,这些都可以通过智能指针来解决。
3.智能指针还有一个作用是把值语义转换成引用语义。C++和Java有一处最大的区别在于语义不同,在Java里面下列代码:
Animal a = new Animal();
Animal b = a;
你当然知道,这里其实只生成了一个对象,a和b仅仅是把持对象的引用而已。但在C++中不是这样,Animal a;
Animal b = a;
这里却是就是生成了两个对象。关于值语义参考这篇文章http://www.cnblogs.com/Solstice/archive/2011/08/16/2141515.html
二.C++11中的智能指针
unique_ptr:如果内存资源的所有权不需要共享,就应当使用这个(它没有拷贝构造函数),但是它可以转让给另一个unique_ptr(存在move构造函数)。shared_ptr: 如果内存资源需要共享,那么使用这个(所以叫这个名字)。
weak_ptr:持有被shared_ptr所管理对象的引用,但是不会改变引用计数值。它被用来打破依赖循环(想象在一个tree结构中,父节点通过一个共享所有权的引用(shared_ptr)引用子节点,同时子节点又必须持有父节点的引用。如果这第二个引用也共享所有权,就会导致一个循环,最终两个节点内存都无法释放)。
另一方面,auto_ptr已经被废弃,不会再使用了。
什么时候使用unique_ptr,什么时候使用shared_ptr取决于对所有权的需求,我建议阅读以下的讨论:
http://stackoverflow.com/questions/15648844/using-smart-pointers-for-class-members
以下第一个例子使用了unique_ptr。如果你想把对象所有权转移给另一个unique_ptr,需要使用std::move。在所有权转移后,交出所有权的智能指针将为空,get()函数将返回nullptr。void foo(int* p)
{
std::cout << *p << std::endl;
}
std::unique_ptr p1(new int(42));
std::unique_ptr p2 = std::move(p1); // transfer ownership
if(p1)
foo(p1.get());
(*p2)++;
if(p2)
foo(p2.get());
第二个例子展示了shared_ptr。用法相似,但语义不同,此时所有权是共享的。
void foo(int* p)
{
std::cout << *p << std::endl;
}
void bar(std::shared_ptr p)
{
++(*p);
}
std::shared_ptr p1(new int(42));
std::shared_ptr p2 = p1;
bar(p1);
foo(p2.get());
第一个声明和以下这行是等价的:auto p3 = std::make_shared(42);
使用make_shared
关于make_shared,详见:http://blog.csdn.net/caoshangpa/article/details/79178639
void foo(std::shared_ptr p, int init)
{
*p = init;
}
foo(std::shared_ptr(new int(42)), seed());
如果使用make_shared就不会有这个问题了。第三个例子展示了weak_ptr。注意,你必须调用lock()来获得被引用对象的shared_ptr,通过它才能访问这个对象。auto p = std::make_shared(42);
std::weak_ptr wp = p;
{
auto sp = wp.lock();
std::cout << *sp << std::endl;
}
p.reset();
if(wp.expired())
std::cout << "expired" << std::endl;
如果你试图锁定(lock)一个过期(指被弱引用对象已经被释放)的weak_ptr,那你将获得一个空的shared_ptr。