C++的智能指针你真的了解吗

这篇文章主要为大家详细介绍了C++的智能指针,文中示例代码介绍的非常详细,具有一定的参考价值,感兴趣的小伙伴们可以参考一下,希望能够给你带来帮助

什么是RAII

RAII(Resource Acquisition Is Initialization)是由C++之父提出的,中文翻译为资源获取即初始化,使用局部对象来管理资源的技术称为资源获取即初始化;这里的资源主要是指操作系统中有限的东西如内存(heap)、网络套接字、互斥量、文件句柄等等,局部对象是指存储在栈的对象,它的生命周期是由操作系统来管理的,无需人工介入

RAII的原理

资源的使用一般经历三个步骤:

  • 获取资源(创建对象)
  • 使用资源
  • 销毁资源(析构对象)

但是资源的销毁往往是程序员经常忘记的一个环节,所以程序界就想如何在程序中让资源自动销毁呢?解决问题的方案就是:RAII,它充分的利用了C++语言局部对象自动销毁的特性来控制资源的生命周期

裸指针存在的问题

1.难以区分指向的是单个对象还是一个数组

2.使用完指针之后无法判断是否应该销毁指针,因为无法判断指针是否”拥有“指向的对象

3.在已经确定需要销毁指针的情况下,也无法确定是用delete关键字删除,还是有其他特殊的销毁机制,例如通过将指针传入某个特定的销毁函数来摧毁指针

4.即使已经确定了销毁指针的方法,由于1的原因,仍然无法确定到底是i用delete(销毁单个对象)还是delete[](销毁一个数组)

5.假设上述的问题都解决了,也很难保证在代码的所有路径中(分支结构,异常导致的挑战),有且仅有一次销毁指针的操作;任何一条路径遗漏都可能导致内存的泄露,而销毁多次则会导致未定义行为

6.理论上没有方法来分辨一个指针是否处于悬挂状态

auto_ptr

class Object
{
	int value;
public:
	Object(int x = 0) :value(x)
	{
		cout << "Create Object:" << this << endl;
	}
	~Object()
	{
		cout << "Destory Object:" << this << endl;
	}
	int& Value()
	{
		return value;
	}
};

template<class _Ty>
class my_auto_ptr
{
private:
	bool _Owns;
	_Ty* _Ptr;
public:
	my_auto_ptr(_Ty* p = NULL) :_Owns(p != NULL), _Ptr(p)
	{}
	~my_auto_ptr()
	{
		if (_Owns)
		{
			delete _Ptr;
		}
		_Owns = false;
		_Ptr = NULL;
	}
};

void fun()
{
	my_auto_ptr<Object> obj(new Object(10));
}

int main()
{
	fun();
}


在这里将Object构建完成后,将其指针给到p,当函数结束去调动智能指针的析构函数去释放空间

若我们需要在fun()函数中,去调用Object类的方法obj->Value();

class Object
{
	int value;
public:
	Object(int x = 0) :value(x)
	{
		cout << "Create Object:" << this << endl;
	}
	~Object()
	{
		cout << "Destory Object:" << this << endl;
	}
	int& Value()
	{
		return value;
	}
};

template<class _Ty>
class my_auto_ptr
{
private:
	bool _Owns;
	_Ty* _Ptr;
public:
	my_auto_ptr(_Ty* p = NULL) :_Owns(p != NULL), _Ptr(p)
	{}
	~my_auto_ptr()
	{
		if (_Owns)
		{
			delete _Ptr;
		}
		_Owns = false;
		_Ptr = NULL;
	}
	_Ty* get()const
	{
		return _Ptr;
	}
	_Ty& operator*()const
	{
		return *(get());
	}
	_Ty* operator ->()const
	{
		return get();
	}
};

void fun()
{
	my_auto_ptr<Object> obj(new Object(10));
	cout << obj->Value() << endl;
	cout << (*obj).Value() << endl;
}

int main()
{
	fun();
}

通过运算符重载,(*obj) 后将直接指向堆区(heap)的对象实体

若我们通过一个my_auto_ptr去创建另一个my_auto_ptr

class Object
{
	int value;
public:
	Object(int x = 0) :value(x)
	{
		cout << "Create Object:" << this << endl;
	}
	~Object()
	{
		cout << "Destory Object:" << this << endl;
	}
	int& Value()
	{
		return value;
	}
};

template<class _Ty>
class my_auto_ptr
{
private:
	bool _Owns;
	_Ty* _Ptr;
public:
	my_auto_ptr(_Ty* p = NULL) :_Owns(p != NULL), _Ptr(p)
	{}
	~my_auto_ptr()
	{
		if (_Owns)
		{
			delete _Ptr;
		}
		_Owns = false;
		_Ptr = NULL;
	}
	my_auto_ptr(const my_auto_ptr& obj):_Owns(obj._Owns),_Ptr(obj._ptr)
	{	
	}
	my_auto_ptr& operator=(const my_auto_ptr& _Y)
	{
		if(this == &_Y) return *this;
		if(_Owns)
		{
			delete _Ptr;
		}
		_Owns = _Y._Owns;
		_Ptr = _Y._Ptr;
		return 0;
	}

	_Ty* get()const
	{
		return _Ptr;
	}
	_Ty& operator*()const
	{
		return *(get());
	}
	_Ty* operator ->()const
	{
		return get();
	}
	void reset(_Ty* p = NULL)
	{
		if (_Owns)
		{
			delete _Ptr;
		}
		_Ptr = p;
	}
	_Ty* release()const
	{
		_Ty* tmp = NULL;
		if (_Owns)
		{
			((my_auto_ptr*)this)->_Owns = false; //常性进行修改
			tmp = _Ptr;
			((my_auto_ptr*)this)->_Ptr = NULL;
		}
		return tmp;
	}
};

void fun()
{
	my_auto_ptr<Object> pobja(new Object(10));
	my_auto_ptr<Object> pobjb(pobja);
}

int main()
{
	fun();
}

如果通过浅拷贝,则两个指针拥有同一个资源,在析构的过程会造成资源的重复释放导致崩溃

若设置为将其资源进行转移

my_auto_ptr(const my_auto_ptr& obj):_Owns(obj._Owns),_Ptr(release())
{
}
my_auto_ptr& operator=(const my_auto_ptr& _Y)
{
	if(this == &_Y) return *this;
	if(_Owns)
	{
		delete _Ptr;
	}
	_Owns = _Y._Owns;
	_Ptr = _Y.release();
	return 0;
}
void fun(my_auto_ptr<Object> apx)
{
	int x = apx->Value();
	cout<<x<<endl;
}
int main()
{
	my_auto_ptr<Object> pobja(new Object(10));
	fun(pobja);
	int a = pobja->Value();
	cout<<a<<endl;
}

那么上面的过程中,资源会进行转移pobja将不再拥有资源,导致pobja失去资源进而程序崩溃

这也就是auto_ptr的局限性,也导致该智能指针的几乎没有使用

unique_ptr

该智能指针属于唯一性智能指针,将拷贝构造删除,也就不能将其新建另一个对象,同时也不能作为参数传入

class Object
{
	int value;
public:
	Object(int x = 0) :value(x)
	{
		cout << "Create Object:" << this << endl;
	}
	~Object()
	{
		cout << "Destory Object:" << this << endl;
	}
	int& Value()
	{
		return value;
	}
};

int main()
{
	std::unique_ptr<Object> pobja(new Object(10));
	//std::unique_ptr<Object> pobjb(pobja); error
	//不允许
	std::unique_ptr<Object> pobjb(std::move(pobja));
}

通过移动赋值是可以的,通过明确的概念,对其资源进行转移

同时unique_ptr可以区分其所指向的是一个单独空间,或者是连续的空间

struct delete_ar_object
{
	void operator()(Object* op)
	{
		if(op == NULL) return;
		delete[] op;
	}
}
int main()
{
	std::unique_ptr<Object> pobja(new Object(10));
	std::unique_ptr<Object,delete_ar_object> pobjb(new Object[10]);
}

在这里如果是连续空间,会调用删除连续空间的删除器;单独空间则使用默认删除器

unique_ptr在编写的时候,有多个模板类,分别对应单个对象的方案和一组对象的方案

并且可以通过智能指针指向fopen打开的文件对象,而文件对象是同fclose去进行关闭的

struct delete_file
{
	void operator()(FILE *fp)
	{
		if(fp == NULL) return;
		fclose(fp);
	}
}
std::unique_ptr<FILE,delete_file> pfile(fopen("zyq.txt","w"));

这里只需要将默认的删除器,更改为对文件对象的删除器

总结

本篇文章就到这里了,希望能够给你带来帮助,也希望您能够多多关注编程学习网的更多内容!

本文标题为:C++的智能指针你真的了解吗

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