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C++ 之 智能指针 知识点

我们知道除了静态内存和栈内存外,每个程序还有一个内存池,这部分内存被称为自由空间或者堆。程序用堆来存储动态分配的对象即那些在程序运行时分配的对象,当动态对象不再使用时,我们的代码必须显式的销毁它们。在C++中,动态内存的管理是用一对运算符完成的:new和delete,new:在动态内存中为对象分配一块空间并返回一个指向该对象的指针,delete:指向一个动态独享的指针,销毁对象,并释放与之关联的内存。动态内存管理经常会出现两种Question:一种是忘记释放内存,会造成内存泄漏;一种是尚有指针引用内存的情况下就释放了它,就会产生引用非法内存的指针。为了更加容易(更加安全)的使用动态内存,引入了智能指针的概念。智能指针的行为类似常规指针,重要的区别是它负责自动释放所指向的对象。标准库提供的两种智能指针的区别在于管理底层指针的方法不同,shared_ptr允许多个指针指向同一个对象,unique_ptr则“独占”所指向的对象。标准库还定义了一种名为weak_ptr的伴随类,它是一种弱引用,指向shared_ptr所管理的对象,这三种智能指针都定义在memory头文件中。

为什么用:为了更加容易,更加安全的使用动态内存,有了智能指针。

是什么:智能指针是一个负责自动释放所指向的对象的指针。

有四种:shared_ptr,unique_ptr,weak_ptr,scoped_ptr。前两种重要

区别:shared_ptr允许多个指针指向同一个对象,unique_ptr则“独占”所指向的对象。

怎么用:

<h4>shared_ptr类</h4>

声明,默认初始化一个空指针:

shared_ptr<string> p1; //声明阶段可以指向的类型 shared_ptr<list<int>> p2;

智能指针的使用方式和普通指针类似,解引用一个智能指针返回它指向的对象,使用前先判空

if(p1 && p1->empty()) *p1 = "hi";

make_shared() 函数:
最安全的分配和使用动态内存的方法就是调用一个名为make_shared的标准库函数,此函数在动态内存中分配一个对象并初始化它,返回指向此对象的shared_ptr。头文件和share_ptr相同,在memory中

shared_ptr<int> p = make_shared<int>(88); shared_ptr<stringt> p1 = make_shared<string>(10, '9');

shared_ptr的拷贝和赋值
当进行拷贝和赋值时,每个shared_ptr都会记录有多少个其他shared_ptr指向相同的对象。

我们可以认为每个shared_ptr都有一个关联的计数器,通常称其为引用计数,无论何时我们拷贝一个shared_ptr,计数器都会递增。当我们给shared_ptr赋予一个新值或是shared_ptr被销毁(例如一个局部的shared_ptr离开其作用域)时,计数器就会递减,一旦一个shared_ptr的计数器变为0,它就会自动释放自己所管理的对象。

auto r = make_shared<int>(42);//r指向的int只有一个引用者 r=q;//给r赋值,令它指向另一个地址 //递增q指向的对象的引用计数 //递减r原来指向的对象的引用计数 //r原来指向的对象已没有引用者,会自动释放

shared_ptr自动销毁所管理的对象
当指向一个对象的最后一个shared_ptr被销毁时,shared_ptr类会自动销毁此对象,它是通过另一个特殊的成员函数-析构函数完成销毁工作的,类似于构造函数,每个类都有一个析构函数。析构函数控制对象销毁时做什么操作。析构函数一般用来释放对象所分配的资源。shared_ptr的析构函数会递减它所指向的对象的引用计数。如果引用计数变为0,shared_ptr的析构函数就会销毁对象,并释放它所占用的内存。

shared_ptr还会自动释放相关联的内存
当动态对象不再被使用时,shared_ptr类还会自动释放动态对象,这一特性使得动态内存的使用变得非常容易。如果你将shared_ptr存放于一个容器中,而后不再需要全部元素,而只使用其中一部分,要记得用erase删除不再需要的那些元素。

<h4>unique_ptr类</h4>

某个时刻只能有一个unique_ptr指向一个给定对象,由于一个unique_ptr拥有它指向的对象,因此unique_ptr不支持普通的拷贝或赋值操作。

虽然我们不能拷贝或者赋值unique_ptr,但是可以通过调用release或reset将指针所有权从一个(非const)unique_ptr转移给另一个unique

//将所有权从p1(指向string Stegosaurus)转移给p2 unique_ptr<string> p2(p1.release());//release将p1置为空 unique_ptr<string>p3(new string("Trex")); //将所有权从p3转移到p2 p2.reset(p3.release());//reset释放了p2原来指向的内存

release成员返回unique_ptr当前保存的指针并将其置为空。因此,p2被初始化为p1原来保存的指针,而p1被置为空。

reset成员接受一个可选的指针参数,令unique_ptr重新指向给定的指针。

<h2>如何AnswerC++面试中关于智能指针的Question?</h2>

1、  什么是智能指针?

答:智能指针(smart pointer)是存储指向动态分配(堆)对象指针的类,用于生存期控制,能够确保自动正确的销毁动态分配的对象,防止内存泄露(利用自动调用类的析构函数来释放内存)。它的一种通用实现技术是使用引用计数(除此之外还有资源独占,如(auto_ptr),只引用,不计数(weak_ptr))。智能指针类将一个计数器与类指向的对象相关联,引用计数跟踪该类有多少个对象共享同一指针。每次创建类的新对象时,初始化指针并将引用计数置为1;当对象作为另一对象的副本而创建时,拷贝构造函数拷贝指针并增加与之相应的引用计数;对一个对象进行赋值时,赋值操作符减少左操作数所指对象的引用计数(如果引用计数为减至0,则删除对象),并增加右操作数所指对象的引用计数;调用析构函数时,构造函数减少引用计数(如果引用计数减至0,则删除基础对象)。

2、为什么要用智能指针以及智能指针的原理是什么?

2、答:原因:(1):手动malloc/new出来的资源,容易忘记free/delete;
                    (2):影响执行流的地方需要注意释放资源,容易导致资源泄漏(如free/delete在return之后)。
                    (3):中途抛出异常,无法释放资源。如:int*p1=new int;int*p2=new int [10000000];delete p1; delele [ ] p2;因为p2new的内存比较大,万一new失败,则导致p1永远无法释放。原理:为了解决以(1)、(2)、(3)上Question,创建一份资源出来的时候,交给一个类对象去管理,当类对象声明周期结束时,自动调用析构函数释放资源。除此之外,通过运算符重载(重载*和重在->等),可以向指针一样使用。

3、  分析下常见的智能指针有哪些?

auto_ptr(1)它是C++标准库提供的类模板,auto_ptr对象通过初始化指向由new创建的动态内存,它是这块内存的拥有者,一块内存不能同时被分给两个拥有者(资源独占)。当auto_ptr对象生命周期结束时,其析构函数会将auto_ptr对象拥有的动态内存自动释放。(2)auto_ptr不能指向数组,因为auto_ptr在析构的时候只是调用delete,而数组应该要调用delete[]。(但uniquearray管理的是一段连续的空间,它也是防拷贝的,功能类似于vector。)(3)auto_ptr不能作为容器对象,因为它不支持拷贝构造与赋值(出错了也不容易发现),STL容器中的元素经常要支持拷贝,赋值等操作,在这过程中auto_ptr会传递所有权,那么就会出错。

unique_ptr它是( C++11引入的,前身是scoped_ptr,scoped_ptr是boost库里的),也不支持拷贝构造和赋值,但比auto_ptr好,直接赋值会编译出错(与auto_ptr最大的不同就是类内私有的声明了拷贝构造函数和赋值运算符重载,是针对auto_ptr的缺点而出现的)。

shared_ptrC++11或boost的shared_ptr,基于引用计数的智能指针。可随意赋值,直到内存的引用计数为0的时候这个内存会被释放。环状的链式结构可能会形成内存泄露(循环引用)

循环引用Question(常问到哦)

为了解决类似这样的Question,C++11引入了weak_ptr,来打破这种循环引用。

weak_ptrC++11或boost的weak_ptr,弱引用。 引用计数有一个Question就是互相引用形成环,这样两个指针指向的内存都无法释放。需要手动打破循环引用或使用weak_ptr。顾名思义,weak_ptr是一个弱引用,它是为了配合shared_ptr而引入的一种智能指针,它指向一个由shared_ptr管理的对象而不影响所指对象的生命周期,也就是说,它只引用,不计数。如果一块内存被shared_ptr和weak_ptr同时引用,当所有shared_ptr析构了之后,不管还有没有weak_ptr引用该内存,内存也会被释放。所以weak_ptr不保证它指向的内存一定是有效的,在使用之前需要检查weak_ptr是否为空指针。weak_ptr并没有重载operator->和operator *操作符,因此不可直接通过weak_ptr使用对象,典型的用法是调用其lock函数来获得shared_ptr示例,进而访问原始对象。

如何判断weak_ptr的对象是否失效?
1、expired():检查被引用的对象是否已删除。
2、lock()会返回shared指针,判断该指针是否为空。
3、use_count()也可以得到shared引用的个数,但速度较慢。

来源:博客园

作者:粥粥Sophie

链接:https://www.cnblogs.com/sialianzi/p/11425607.html

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