C++特性之智能指针shared_ptr详解
明月醉窗台 人气:0shared_ptr 是C++11提供的一种智能指针类，它足够智能，可以在任何地方都不使用时自动删除相关指针，从而帮助彻底消除内存泄漏和悬空指针的问题。
它遵循共享所有权的概念，即不同的 shared_ptr 对象可以与相同的指针相关联，并在内部使用引用计数机制来实现这一点。
每个 shared_ptr 对象在内部指向两个内存位置：
1、指向对象的指针。
2、用于控制引用计数数据的指针。
共享所有权如何在参考计数的帮助下工作：
1、当新的 shared_ptr 对象与指针关联时，则在其构造函数中，将与此指针关联的引用计数增加1。
2、当任何 shared_ptr 对象超出作用域时，则在其析构函数中，它将关联指针的引用计数减1。如果引用计数变为0，则表示没有其他 shared_ptr 对象与此内存关联，在这种情况下，它使用delete函数删除该内存。
1.创建指针对象
使用原始指针创建 shared_ptr 对象
std::shared_ptr<int> p1(new int()); //检查shared_ptr对象的引用计数 p1.use_count();
上面这行代码在堆上创建了两块内存：1：存储int。2：用于引用计数的内存，管理附加此内存的 shared_ptr 对象的计数，最初计数将为1。
for ex:
#include <iostream>
#include <memory>
struct C {int* data;};
int main () {
auto deleter = [](int*p){
std::cout << "[deleter called]\n"; delete p;
};//Labmbda表达式
std::shared_ptr<int> p1;//默认构造，没有获取任何指针的所有权，引用计数为0
std::shared_ptr<int> p2 (nullptr);//同1
std::shared_ptr<int> p3 (new int);//拥有指向int的指针所有权，引用计数为1
std::shared_ptr<int> p4 (new int, deleter);//作用同3，但是拥有自己的析构方法，如果指针所指向对象为复杂结构C
//结构C里有指针，默认析构函数不会将结构C里的指针data所指向的内存释放,这时需要自己使用自己的析构函数（删除器）
std::shared_ptr<int> p5 (new int, [](int* p){delete p;}, std::allocator<int>());//同4,但拥有自己的分配器（构造函数），如成员中有指针，可以为指针分配内存，原理跟浅拷贝和深拷贝类似
std::shared_ptr<int> p6 (p5);//如果p5引用计数不为0，则引用计数加1，否则同样为0
std::shared_ptr<int> p7 (std::move(p6));//获取p6的引用计数，p6引用计数为0
std::shared_ptr<int> p8 (std::unique_ptr<int>(new int));//p8获取所有权，引用计数设置为1
std::shared_ptr<C> obj (new C);
std::shared_ptr<int> p9 (obj, obj->data);//同6一样，只不过拥有自己的删除器与4一样
std::cout << "use_count:\n";
std::cout << "p1: " << p1.use_count() << '\n';
std::cout << "p2: " << p2.use_count() << '\n';
std::cout << "p3: " << p3.use_count() << '\n';
std::cout << "p4: " << p4.use_count() << '\n';
std::cout << "p5: " << p5.use_count() << '\n';
std::cout << "p6: " << p6.use_count() << '\n';
std::cout << "p7: " << p7.use_count() << '\n';
std::cout << "p8: " << p8.use_count() << '\n';
std::cout << "p9: " << p9.use_count() << '\n';
return 0;
}
/*
Output:
use_count:
p1: 0
p2: 0
p3: 1
p4: 1
p5: 2
p6: 0
p7: 2
p8: 1
p9: 2
*/
创建空的 shared_ptr 对象，因为带有参数的 shared_ptr 构造函数是 explicit 类型的，所以不能像这样std::shared_ptr<int> p1 = new int();隐式调用它构造函数。创建新的shared_ptr对象的最佳方法是使用std :: make_shared：
std::shared_ptr<int> p1 = std::make_shared<int>();
std::make_shared 一次性为int对象和用于引用计数的数据都分配了内存，而new操作符只是为int分配了内存。
赋值：
#include <iostream>
#include <memory>
int main () {
std::shared_ptr<int> foo;
std::shared_ptr<int> bar (new int(10));
foo = bar; // 拷贝，引用计数加1
bar = std::make_shared<int> (20); // 移动
//unique_ptr 不共享它的指针。它无法复制到其他 unique_ptr，无法通过值传递到函数，也无法用于需要副本的任何标准模板库 (STL) 算法。只能移动unique_ptr
std::unique_ptr<int> unique (new int(30));
foo = std::move(unique); // move from unique_ptr，引用计数转移
std::cout << "*foo: " << *foo << '\n';
std::cout << "*bar: " << *bar << '\n';
return 0;
}
Output:
/*
*foo: 30
*bar: 20
*/
2.分离关联的原始指针
要使 shared_ptr 对象取消与相关指针的关联，可以使用reset()函数：
//不带参数的reset(),将引用计数减少1，如果引用计数变为0，则删除指针 p1.reset(); //带参数的reset(),他将内部指向新指针，因此其引用计数将再次变为1 p1.reset(new int(34)); //使用nullptr重置： p1=nullptr
#include <iostream>
#include <memory> // 需要包含这个头文件
int main()
{
// 使用 make_shared 创建空对象
std::shared_ptr<int> p1 = std::make_shared<int>();
*p1 = 78;
std::cout << "p1 = " << *p1 << std::endl; // 输出78
// 打印引用个数：1
std::cout << "p1 Reference count = " << p1.use_count() << std::endl;
// 第2个 shared_ptr 对象指向同一个指针
std::shared_ptr<int> p2(p1);
// 下面两个输出都是：2
std::cout << "p2 Reference count = " << p2.use_count() << std::endl;
std::cout << "p1 Reference count = " << p1.use_count() << std::endl;
// 比较智能指针，p1 等于 p2
if (p1 == p2) {
std::cout << "p1 and p2 are pointing to same pointer\n";
}
std::cout<<"Reset p1 "<<std::endl;
// 无参数调用reset，无关联指针，引用个数为0
p1.reset();
std::cout << "p1 Reference Count = " << p1.use_count() << std::endl;
// 带参数调用reset，引用个数为1
p1.reset(new int(11));
std::cout << "p1 Reference Count = " << p1.use_count() << std::endl;
// 把对象重置为NULL，引用计数为0
p1 = nullptr;
std::cout << "p1 Reference Count = " << p1.use_count() << std::endl;
if (!p1) {
std::cout << "p1 is NULL" << std::endl; // 输出
}
return 0;
}
3.与普通指针比较
缺少 ++, – – 和 [] 运算符
与普通指针相比，shared_ptr仅提供-> 、*和==运算符，没有+、-、++、–、[]等运算符。
#include<iostream>
#include<memory>
struct Sample {
void dummyFunction() {
std::cout << "dummyFunction" << std::endl;
}
};
int main()
{
std::shared_ptr<Sample> ptr = std::make_shared<Sample>();
(*ptr).dummyFunction(); // 正常
ptr->dummyFunction(); // 正常
// ptr[0]->dummyFunction(); // 错误方式
// ptr++; // 错误方式
//ptr--; // 错误方式
std::shared_ptr<Sample> ptr2(ptr);
if (ptr == ptr2) // 正常
std::cout << "ptr and ptr2 are equal" << std::endl;
return 0;
}
4.NULL检测
当我们创建 shared_ptr 对象而不分配任何值时，它就是空的；普通指针不分配空间的时候相当于一个野指针，指向垃圾空间，且无法判断指向的是否是有用数据。
std::shared_ptr<Sample> ptr3;
if(!ptr3)
std::cout<<"Yes, ptr3 is empty" << std::endl;
if(ptr3 == NULL)
std::cout<<"ptr3 is empty" << std::endl;
if(ptr3 == nullptr)
std::cout<<"ptr3 is empty" << std::endl;
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