c++11特性：独占的智能指针

2023-12-23 12:20
文章标签 c++ 指针 特性 智能 独占

本文主要是介绍c++11特性：独占的智能指针，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

在C++中没有垃圾回收机制，必须自己释放分配的内存，否则就会造成内存泄露。解决这个问题最有效的方法是使用智能指针（smart pointer）。智能指针是存储指向动态分配（堆）对象指针的类，用于生存期的控制，能够确保在离开指针所在作用域时，自动地销毁动态分配的对象，防止内存泄露。智能指针的核心实现技术是引用计数，每使用它一次，内部引用计数加1，每析构一次内部的引用计数减1，减为0时，删除所指向的堆内存。

C++11中提供了三种智能指针，使用这些智能指针时需要引用头文件<memory>：

  • std::shared_ptr：共享的智能指针
  • std::unique_ptr：独占的智能指针
  • std::weak_ptr：弱引用的智能指针，它不共享指针，不能操作资源，是用来监视shared_ptr的。

独占的智能指针的使用方法和共享的智能指针相似。 

1. 初始化 

std::unique_ptr是一个独占型的智能指针，它不允许其他的智能指针共享其内部的指针，可以通过它的构造函数初始化一个独占智能指针对象，但是不允许通过赋值将一个unique_ptr赋值给另一个unique_ptr。

// 通过构造函数初始化对象
unique_ptr<int> ptr1(new int(10));
// error, 不允许将一个unique_ptr赋值给另一个unique_ptr
unique_ptr<int> ptr2 = ptr1;

std::unique_ptr不允许复制，但是可以通过函数返回给其他的std::unique_ptr，还可以通过std::move来转译给其他的std::unique_ptr，这样原始指针的所有权就被转移了，这个原始指针还是被独占的。

#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;unique_ptr<int> func()
{return unique_ptr<int>(new int(520));
}int main()
{// 通过构造函数初始化unique_ptr<int> ptr1(new int(10));// 通过转移所有权的方式初始化unique_ptr<int> ptr2 = move(ptr1);// 即将被析构的临时对象unique_ptr<int> ptr3 = func();return 0;
}

unique_ptr独占智能指针类也有一个reset方法，函数原型如下：

void reset( pointer ptr = pointer() ) noexcept;

使用reset方法可以让unique_ptr解除对原始内存的管理，也可以用来初始化一个独占的智能指针。

int main()
{unique_ptr<int> ptr1(new int(10));unique_ptr<int> ptr2 = move(ptr1);ptr1.reset();ptr2.reset(new int(250));return 0;
}
  • ptr1.reset();解除对原始内存的管理
  • ptr2.reset(new int(250));重新指定智能指针管理的原始内存

 如果想要获取独占智能指针管理的原始地址，可以调用get()方法，函数原型如下：

pointer get() const noexcept;
int main()
{unique_ptr<int> ptr1(new int(10));unique_ptr<int> ptr2 = move(ptr1);ptr2.reset(new int(250));cout << *ptr2.get() << endl;	// 得到内存地址中存储的实际数值 250return 0;
}

接下来来用一段代码来简单演示上面用法的使用：

#include<iostream>
#include<memory>
using namespace std;class Test
{
public:Test(){cout << "construct Test..." << endl;}Test(int x) : m_num(x){cout << "construct Test，x = " << x << endl;}Test(string str){cout << "construct Test，str = " << str << endl;}~Test(){cout << "destruct Test..." << endl;}void setValue(int v){m_num = v;}void print(){cout << "m_num：" << m_num << endl;}private:int m_num;
};int main()
{ios::sync_with_stdio(0), cin.tie(0), cout.tie(0);// 通过构造函数初始化unique_ptr<int> ptr1(new int(9));//unique_ptr<int> ptr2 = ptr1;// error，指针是独占的，不能共享// // 通过移动构造函数初始化unique_ptr<int> ptr2 = move(ptr1);// 将ptr1的资源转移到ptr2是可以的// 通过reset初始化ptr2.reset(new int(8));//管理另一块内存// 获取原始指针unique_ptr<Test> ptr3(new Test(1));Test* pt = ptr3.get();pt->setValue(2);pt->print();ptr3->setValue(4);ptr3->print();return 0;
}

输出结果为：

construct Test，x = 1
m_num：2
m_num：4
destruct Test...

2. 删除器 

 unique_ptr指定删除器和shared_ptr指定删除器是有区别的，unique_ptr指定删除器的时候需要确定删除器的类型，所以不能像shared_ptr那样直接指定删除器，举例说明：

shared_ptr<int> ptr1(new int(10), [](int*p) {delete p; });	// ok
unique_ptr<int> ptr1(new int(10), [](int*p) {delete p; });	// errorint main()
{using func_ptr = void(*)(int*);unique_ptr<int, func_ptr> ptr1(new int(10), [](int*p) {delete p; });return 0;
}

在上面的代码中第7行，func_ptr的类型和lambda表达式的类型是一致的。在lambda表达式没有捕获任何变量的情况下是正确的，如果捕获了变量，编译时则会报错：

int main()
{using func_ptr = void(*)(int*);unique_ptr<int, func_ptr> ptr1(new int(10), [&](int*p) {delete p; });	// errorreturn 0;
}

 上面的代码中错误原因是这样的，在lambda表达式没有捕获任何外部变量时，可以直接转换为函数指针，一旦捕获了就无法转换了(是一个仿函数)，如果想要让编译器成功通过编译，那么需要使用可调用对象包装器来处理声明的函数指针：

int main()
{using func_ptr = void(*)(int*);unique_ptr<int, function<void(int*)>> ptr1(new int(10), [&](int*p) {delete p; });return 0;
}

 接下来用一段代码来演示删除器的用法：

#include<iostream>
#include<memory>
using namespace std;class Test
{
public:Test(){cout << "construct Test..." << endl;}Test(int x) : m_num(x){cout << "construct Test，x = " << x << endl;}Test(string str){cout << "construct Test，str = " << str << endl;}~Test(){cout << "destruct Test..." << endl;}void setValue(int v){m_num = v;}void print(){cout << "m_num：" << m_num << endl;}private:int m_num;
};int main()
{ios::sync_with_stdio(0), cin.tie(0), cout.tie(0);// 通过构造函数初始化unique_ptr<int> ptr1(new int(9));//unique_ptr<int> ptr2 = ptr1;// error，指针是独占的，不能共享// // 通过移动构造函数初始化unique_ptr<int> ptr2 = move(ptr1);// 将ptr1的资源转移到ptr2是可以的// 通过reset初始化ptr2.reset(new int(8));//管理另一块内存// 获取原始指针unique_ptr<Test> ptr3(new Test(1));Test* pt = ptr3.get();pt->setValue(2);pt->print();ptr3->setValue(4);ptr3->print();using ptrFunc = void(*)(Test*);unique_ptr<Test, ptrFunc> ptr4(new Test("luffy"), [](Test* t) {cout << "----------------" << endl;delete t;});return 0;
}

输出结果为：

construct Test，x = 1
m_num：2
m_num：4
construct Test，str = luffy
----------------
destruct Test...
destruct Test...

由输出结果可以得知，ptr4管理的这块内存就被析构了。

若lambda表达式捕获外部变量，就需要将ptr4那块语句改为：

unique_ptr<Test, function<void(Test *)>> ptr5(new Test("luffy"), [=](Test* t) {cout << "----------------" << endl;delete t;});

 仿函数的类型只能通过可调用对象包装器对他的类型进行包装。

 特别需要注意的是：独占智能指针能自动释放内存。

 

#include<iostream>
#include<memory>
#include<functional>
using namespace std;class Test
{
public:Test(){cout << "construct Test..." << endl;}Test(int x) : m_num(x){cout << "construct Test，x = " << x << endl;}Test(string str){cout << "construct Test，str = " << str << endl;}~Test(){cout << "destruct Test..." << endl;}void setValue(int v){m_num = v;}void print(){cout << "m_num：" << m_num << endl;}private:int m_num;
};int main()
{ios::sync_with_stdio(0), cin.tie(0), cout.tie(0);// 通过构造函数初始化unique_ptr<int> ptr1(new int(9));//unique_ptr<int> ptr2 = ptr1;// error，指针是独占的，不能共享// // 通过移动构造函数初始化unique_ptr<int> ptr2 = move(ptr1);// 将ptr1的资源转移到ptr2是可以的// 通过reset初始化ptr2.reset(new int(8));//管理另一块内存// 获取原始指针unique_ptr<Test> ptr3(new Test(1));Test* pt = ptr3.get();pt->setValue(2);pt->print();ptr3->setValue(4);ptr3->print();using ptrFunc = void(*)(Test*);unique_ptr<Test, ptrFunc> ptr4(new Test("luffy"), [](Test* t) {cout << "----------------" << endl;delete t;});// 独占的智能指针可以管理数组类型的地址，能够自动释放// 在unique_ptr指定T []，删除器就知道删除的是一个数组类型的内存unique_ptr<Test[]> ptr5(new Test[3]{1, 2, 3});return 0;
}

输出结果为：

construct Test，x = 1
m_num：2
m_num：4
construct Test，str = luffy
construct Test，x = 1
construct Test，x = 2
construct Test，x = 3
destruct Test...
destruct Test...
destruct Test...
----------------
destruct Test...
destruct Test...

由输出结果可以看出，数组成功被析构了，先创建的后析构(在栈上)。 

在c++11后共享指针也可以自动释放数组内存了：

// 在c++11中shared_ptr6不支持下面的写法，c++11以后才支持的
shared_ptr<Test[]> ptr6(new Test[3]{ 1, 2, 3 });

本文参考：独占的智能指针 | 爱编程的大丙 (subingwen.cn) 

这篇关于c++11特性：独占的智能指针的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/528026。

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