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目錄

一. 智能指針的基本概念

二.? 智能指針的定義和使用

三. auto_ptr

四. unique_ptr

五. share_ptr

1. shared_ptr的基本概念

2. shared_ptr的原理

3. shared_ptrd的實(shí)現(xiàn)

4. shared_ptr的循環(huán)引用

5. 定制刪除器

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一. 智能指針的基本概念

1. RAll

RAII（Resource Acquisition Is Initialization）是一種利用對(duì)象生命周期來控制程序資源（如內(nèi)存、文件句柄、網(wǎng)絡(luò)連接、互斥量等等）的簡(jiǎn)單技術(shù)。
在對(duì)象構(gòu)造時(shí)獲取資源，接著控制對(duì)資源的訪問使之在對(duì)象的生命周期內(nèi)始終保持有效，最后在對(duì)象析構(gòu)的時(shí)候釋放資源。借此，我們實(shí)際上把管理一份資源的責(zé)任托管給了一個(gè)對(duì)象。這種做法有兩大好處：

• 不需要顯式地釋放資源。?
• 采用這種方式，對(duì)象所需的資源在其生命期內(nèi)始終保持有效。

2.智能指針概念

??? 在c++中，動(dòng)態(tài)內(nèi)存的管理式通過一對(duì)運(yùn)算符來完成的：new,在動(dòng)態(tài)內(nèi)存中為對(duì)象分配空間并返回一個(gè)指向該對(duì)象的指針，我們可以選擇對(duì)對(duì)象進(jìn)行初始化；delete，接受一個(gè)動(dòng)態(tài)對(duì)象的指針，銷毀該對(duì)象，并釋放與之關(guān)聯(lián)的內(nèi)存。動(dòng)態(tài)內(nèi)存的使用很容易出現(xiàn)問題，因?yàn)榇_保在正確的時(shí)間釋放內(nèi)存是極其困難的。有時(shí)使用完對(duì)象后，忘記釋放內(nèi)存，造成內(nèi)存泄漏的問題。

• ? 所謂的智能指針本質(zhì)就是一個(gè)類模板，它可以創(chuàng)建任意的類型的指針對(duì)象，當(dāng)智能指針對(duì)象使用完后，對(duì)象就會(huì)自動(dòng)調(diào)用析構(gòu)函數(shù)去釋放該指針?biāo)赶虻目臻g。

下面是智能指針的基本框架，所有的智能指針類模板中都需要包含一個(gè)指針對(duì)象，構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)。

二.? 智能指針的定義和使用

• 智能指針的使用跟普通指針類似，可以使用運(yùn)算符“ * " 和 ” -> "去獲得指向的對(duì)象，因此，我們就需要在類中重載" * " 和" -> "函數(shù)。

• 當(dāng)程序結(jié)束時(shí)，此時(shí)ptr1和ptr2指針被銷毀時(shí)，對(duì)象ptr1和ptr2會(huì)自動(dòng)調(diào)用析構(gòu)函數(shù)去釋放所指向的資源，這是智能指針特點(diǎn)。

• ?由于我的類中沒有定義拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值重載函數(shù)，那么我們只能調(diào)用類中原生的拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值重載函數(shù)。那么就會(huì)程序就會(huì)出現(xiàn)崩潰的問題，如下:

• ptr2和ptr1指向的同一塊空間，當(dāng)ptr2被銷毀時(shí)，它會(huì)調(diào)用它的析構(gòu)函數(shù)去delete該資源對(duì)象，當(dāng)ptr1被銷毀時(shí),也會(huì)去調(diào)用它的析構(gòu)函數(shù)去釋放ptr1所指向的資源.所以，當(dāng)程序結(jié)束時(shí)，ptr2被先被銷毀，同時(shí)釋放ptr2所指向的資源，然后ptr1被銷毀，也去釋放該資源對(duì)象，那么如下的資源對(duì)象同時(shí)被釋放兩次，所以程序就會(huì)被崩潰掉。(資源對(duì)象被釋放后，如果再去釋放該資源，程序就會(huì)崩潰)

?綜上所述，我們不能使用原生的拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值重載函數(shù)，并且定義的拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值重載函數(shù)需要考慮只能釋放一次資源對(duì)象。

c++庫中的智能指針

三. auto_ptr

auto_ptr是c++98版本庫中提供的智能指針，該指針解決上訴的問題采取的措施是管理權(quán)轉(zhuǎn)移的思想，也就是原對(duì)象拷貝給新對(duì)象的時(shí)候，原對(duì)象就會(huì)被設(shè)置為nullptr，此時(shí)就只有新對(duì)象指向一塊資源空間。

?如果auto_ptr調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)或者賦值重載函數(shù)后，如果再去使用原來的對(duì)象的話，那么整個(gè)程序就會(huì)崩潰掉（因?yàn)樵瓉淼膶?duì)象被設(shè)置為nullptr)，這對(duì)程序是有很大的傷害的.所以很多公司會(huì)禁用auto_ptr智能指針。

auto_ptr的拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值重載函數(shù)的實(shí)現(xiàn)

四. unique_ptr

unique_ptr是c++11版本庫中提供的智能指針,它直接將拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值重載函數(shù)給禁用掉，因此，不讓其進(jìn)行拷貝和賦值。

unique_ptr的拷貝函數(shù)和賦值重載函數(shù)

五. share_ptr

1. shared_ptr的基本概念

share_ptr是c++11版本庫中的智能指針，shared_ptr允許多個(gè)智能指針可以指向同一塊資源，并且能夠保證共享的資源只會(huì)被釋放一次，因此是程序不會(huì)崩潰掉。

2. shared_ptr的原理

shared_ptr采用的是引用計(jì)數(shù)原理來實(shí)現(xiàn)多個(gè)shared_ptr對(duì)象之間共享資源：

• shared_ptr在內(nèi)部會(huì)維護(hù)著一份引用計(jì)數(shù)，用來記錄該份資源被幾個(gè)對(duì)象共享。
• 當(dāng)一個(gè)shared_ptr對(duì)象被銷毀時(shí)（調(diào)用析構(gòu)函數(shù)），析構(gòu)函數(shù)內(nèi)就會(huì)將該計(jì)數(shù)減1。
• 如果引用計(jì)數(shù)減為0后，則表示自己是最后一個(gè)使用該資源的shared_ptr對(duì)象，必須釋放資源。
• 如果引用計(jì)數(shù)不是0，就說明自己還有其他對(duì)象在使用，則不能釋放該資源，否則其他對(duì)象就成為野指針。

引用計(jì)數(shù)是用來記錄資源對(duì)象中有多少個(gè)指針指向該資源對(duì)象。

?

?銷毀過程：

3. shared_ptrd的實(shí)現(xiàn)

賦值重載的三種情況:

• ptr1=ptr1；智能指針自己給自己賦值，不做處理
• ptr2=ptr1；如果ptr1和ptr2指向同一塊空間，不做處理
• ptr2=ptr1；如果ptr2和ptr1指向的空間不一樣,處理過程如下:

• ?因?yàn)?span style="color:#4da8ee;">_ptrcount指向的對(duì)象是在堆上，因此所有的線程都能夠訪問到該資源，多線程在修改_ptrcount時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)線程安全問題，因此需要在修改_prtcount時(shí)需要用鎖來保證其數(shù)據(jù)的正確性。
• “? * "會(huì)返回ptr指向的對(duì)象，為什么不需要鎖對(duì)其進(jìn)行保護(hù)？因?yàn)閜tr返回的對(duì)象有可能被讀或者被寫，這個(gè)不是指針內(nèi)部所考慮的，而是由調(diào)用者進(jìn)行考慮的。

4. shared_ptr的循環(huán)引用

shared_ptr固然好用，但是它也會(huì)有問題存在。假設(shè)我們要使用定義一個(gè)雙向鏈表，如果我們想要讓創(chuàng)建出來的鏈表的節(jié)點(diǎn)都定義成shared_ptr智能指針，那么也需要將節(jié)點(diǎn)內(nèi)的_pre和_next都定義成shared_ptr的智能指針。如果定義成普通指針，那么就不能賦值給shared_ptr的智能指針。

當(dāng)其中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)互相引用的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)循環(huán)引用的現(xiàn)象。如下:

• ?use_count（）: 返回智能指針對(duì)象的引用計(jì)數(shù)。

• 當(dāng)創(chuàng)建出node1和node2智能指針對(duì)象時(shí)，引用計(jì)數(shù)都是1.
• 當(dāng)node1的next指向node2所指向的資源時(shí)，node2的引用計(jì)數(shù)就+1，變成2，node2的pre指向noede1所指向的資源時(shí)，node1的引用計(jì)數(shù)+1，變成2.
• 當(dāng)這兩個(gè)智能指針使用完后，調(diào)用析構(gòu)函數(shù)，引用計(jì)數(shù)都-1，都變成1，由于引用計(jì)數(shù)不為0，所以node1和node2所指向的對(duì)象不會(huì)被釋放。
• 當(dāng)node1所指向的資源釋放需要當(dāng)node2中的_prev被銷毀，就需要node2資源的釋放，node2所指向的資源釋放就需要當(dāng)node1中的_next被銷毀，就需要node1資源的釋放。因此node1和node2都有對(duì)方的“把柄”，這兩個(gè)就造成循環(huán)引用現(xiàn)象，最終這node1和node2資源就不會(huì)進(jìn)行釋放。

那么如何解決這個(gè)shared_ptr的循環(huán)引用呢？

• c++庫中存在weak_ptr類型的智能指針。weak_ptr類的對(duì)象它可以指向shared_ptr，并且不會(huì)改變shared_ptr的引用計(jì)數(shù)。一旦最后一個(gè)shared_ptr被銷毀時(shí)，對(duì)象就會(huì)被釋放。

weak_ptr對(duì)象指向shared_ptr對(duì)象時(shí)，不會(huì)增加shared_ptr中的引用計(jì)數(shù)，因此當(dāng)node1銷毀掉時(shí)，則node1指向的空間就會(huì)被銷毀掉，node2類似，所以weak_ptr指針可以很好解決循環(huán)引用的問題。

• ?所以在定義雙向鏈表或者在二叉樹等有多個(gè)指針的時(shí)候,如果想要將該類型定義成智能指針，那么結(jié)構(gòu)體內(nèi)的指針需要定義成weak_ptr類型的指針，防止循環(huán)引用的出現(xiàn)。

weak_ptr簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)

5. 定制刪除器

??? 當(dāng)我們釋放一個(gè)指向數(shù)組的指針的時(shí)候，delete[]后面的空方括號(hào)是必須存在（如下），它指示編譯器此指針指向的是一個(gè)對(duì)象數(shù)組的第一個(gè)元素，如果我們?cè)赿elete一個(gè)指向數(shù)組的指針中忽略了方括號(hào)，我們的程序可能在執(zhí)行過程中在沒有任何警告下行為異常。

• ?我們?nèi)绻趧?dòng)態(tài)內(nèi)存中創(chuàng)建出一個(gè)數(shù)組，用一個(gè)shared_ptr對(duì)象去指向該數(shù)組，當(dāng)shared_ptr使用完后，就會(huì)去調(diào)用析構(gòu)函數(shù)，由于shared_ptr默認(rèn)的刪除方式是 delete ptr,后面沒有帶方括號(hào)，那么程序就會(huì)崩掉

• ?如果我們打開一個(gè)了文件，返回一個(gè)文件指針，讓一個(gè)shared_ptr對(duì)象去指向該文件，那么在調(diào)用析構(gòu)函數(shù)的時(shí)候就不能采用delete方法，而是使用flose()函數(shù)去關(guān)閉該文件。

因此，shared_ptr 類中提供了一個(gè)構(gòu)造函數(shù)可以自定義一個(gè)刪除器去指定析構(gòu)函數(shù)的刪除方式。

?這個(gè)自定義刪除器可以是函數(shù)指針，仿函數(shù)，lamber,包裝器。

仿函數(shù)的刪除器

shared_ptr中的析構(gòu)函數(shù)會(huì)去調(diào)用DelArry仿函數(shù)去釋放動(dòng)態(tài)數(shù)組。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【c++复习笔记】——智能指针详细解析(智能指针的使用,原理分析)的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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