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C++开发初级

99.5 智能指针

智能指针

new和delete的问题

C++中使用new和delete动态管理内存

使用过程非常容易出问题，确保在正确的时间释放内存非常困难
忘记释放内存，导致内存泄漏；
过早释放内存，如果还有其他指针访问该内存而导致非法访问错误
动态请求的内存释放多次也会导致程序异常
加入异常处理机制后，导致内存的有效管理非常困难

unique_ptr

unique_ptr的必要性

传统的内存管理模式

void fun()
{
    int *p=new int(42);
    … //访问数据
    delete p;
}

传统内存管理，强调谁使用，谁申请，谁释放。
问题：若果函数有多个分支，很难保证数据正确释放；访问数据过程中抛出异常，delete被跳过！

void fun()
{
    int *p=new int(42);
    try{
        … //访问数据
    }
    catch(…)
    { 
        delete p; 
        throw; 
    }
    delete p;
}

unique_ptr独占管理内存

unique_ptr以独占方式管理底层的内存对象，智能指针是局部对象，超过作用域后会自动析构，并自动释放所绑定的内存对象。
每块内存对象只能对应1个智能指针。

void f()
{
    unique_ptr<int> p(new int(42));
    … //使用数据
}

函数返回后，自动释放p所对应的内存。
使用智能指针就如同使用普通指针，*p解析所指向的数据，->可以访问对象方法。
不支持智能指针的算术运算，如++、+等

释放内存的时机

智能指针unique_ptr超出作用域，被释放后引起内存的释放。

将智能指针置为nullptr

unique_ptr<string> p(new string("hello"));
p=nullptr;

调用reset方法

unique_ptr<string> p(new string("hello"));
p.reset();

unique_ptr为空

空的unique_ptr没有控制底层的内存对象。

unique_ptr<string> p;

初始没有分配内存

unique_ptr<string> p(new string(“Hello”));
p=nullptr;

强行释放所分配的内存

string *sp=p.release();

释放并归还所分配的内存

if(p) {...}
if(p!=nullptr) {...}

判断智能指针是否为空。

unique_ptr主权的转移

1块内存只能由1个智能指针unique_ptr管理
unique_ptr指针不能拷贝
unique_ptr指针不能赋值
unique_ptr的主权可以转移

unique_ptr<string> p1(new string);
unique_ptr<string> p2(p1); X
unique_ptr<string> p3;
p3=p1; X
unique_ptr<string> p4(move::p1);√
p3=move(p4);√

share_ptr

share_ptr管理共享内存

share_ptr允许多个智能指针共享底层的内存对象，通过引用计数控制内存的释放，引用计数大于等于1时保留内存，引用计数为0释放内存。

指针析构、拷贝构造和赋值都可改变引用计数。

void f()
{
    share_ptr<int> p(new int(42));
    … //使用数据
}

share_ptr引用计数

新建指针后，引用计数为1，指针析构后引用计数为减1，拷贝构造或赋值后引用计数加1

auto p1=make_shared<int>(42); //引用计数为1
p1=make_share<int>(43);

p1原先所指内存对象计数为0，内存被释放

share_ptr<int> p2(p1);

引用计数增加为2

share_ptr<int> p3;
p3=p2;

引用计数增加为3

直接分配内存

make_shared，可直接分配内存并返回智能指针

void fun()
{
    share_ptr<int> p1=make_shared<int>(42);
    auto p2=make_shared<double>(4.2);
…
}

make_share分配内存，并返回包装该内存智能指针。

p1包装int型内存，初始值为42，p2包装double型内存，初始值为4.2

fun返回时，p1和p2包装的内存都将自动释放。

share_ptr的参数传递

int ff()
{
    share_ptr<int> p1=make_share<int>(42); //计数为1
    fun(p1);
    return 0;
} //返回时，销毁p1，引用计数为0，释放内存
void fun(share_ptr<int>& p)
{
    auto p2(p); //计数变为2
} //返回时p2销毁，引用计数变为1，不能释放内存

管理动态数组

unique_ptr指针管理动态数组

unique_ptr<int[]> p1(new int [10]);
p1.release(); //释放内存
for(int i=0;i<10;++i)
    p1[i]=i;
// > Fix markdown bug

unique_ptr支持对动态分配数组的包装，支持相应的下标运算符，以访问不同的数据元素。

share_ptr指针管理动态数组

share_ptr<int> sp(new int[10],
    [ ](int *p) { delete[] p } );
sp.reset(); //释放内存
for(int i=0;i<10;++i)
    *(sp.get()+i)=i;
// >

share_ptr正常情况下只能包装单个内存数据，若要管理动态数组，需要提供删除器。

调用sp.reset时，释放内存，调用Lambda表达式按自定义方式释放内存。

share_ptr不支持动态数组的下标运算符。

参考代码 SmartPointer.cpp