C++11 智能指針

2019-11-14 12:51:05

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[置頂] c++11智能指針解析——揭開底層面紗，完整理解智能指針

標簽： c++11c++C語言對象2016-01-07 17:00 1531人閱讀評論(0) 收藏舉報

分類：c++（12）

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昨天跟同事小小的研究了下關于不同平臺下的字節對齊問題，起因是遇到了一個坑，vs上沒有問題，在安卓上卻崩潰了。找了半天后發現是c++字節補齊問題，期間包括使用#PRagma pack(1)來限定字節對齊方式等各種條件，也是把我們搞的七暈八素，總算是進一步了解了c++對象結構以及編譯器的操作（有機會的話也補充下字節對齊的理解）。進而想到了智能指針，稍微了解下。第一次接觸智能指針，天知道大學期間自己有多不努力，很多知識點都得留到現在來補齊，所以還是做做筆記吧。

簡斷截說：c++的入門坑點大家都是有目共睹的，無非就是指針的理解不深導致一些野指針，內存泄露等問題，所以就不贅述。智能指針正好能夠彌補這些問題，因為它本質是存放在棧的模板對象，只是在棧內部包了一層指針。而棧在其生命周期結束時，其中的指針指向的堆內存也自然被釋放了。因而實現了智能管理的效果，不需要考慮內存問題了，其實有點類似某種單例寫法，程序運行結束，也不用考慮單例對象內存問題。

本次討論：C++11之前的auto_ptr; c++11新加的unique_ptr, shared_ptr以及weak_ptr。

頭文件：#include <memory>

1.auto_ptr

auto_ptr是我第一個看的智能指針，也是標準庫里的智能指針，有許多缺陷。

首先看下結構：

從圖中可以看書也是一個模板，使用方法大致類似于vector模板。如下：

[cpp] view plain copy

class Base1 { //__int64 ss; //public: bool dd; int m_itest; public: virtual void func(){ cout << "test successed" << endl; } };//先寫一個測試類 main函數如下：

[cpp] view%20plain copy

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) { auto_ptr <Base1> base1(new Base1);//可理解為先聲明一個名為base1的Base1類型智能指針，然后再base1里面管理new Base1 if (base1.get())//get是智能指針的函數，返回當前當前智能指針對象，即用以判斷是否為空 { base1->func(); } return 0; } 正常用法是這樣，然而我們可以再仔細翻看下底層：

從上圖可以看出，該智能指針成員函數也與vector相似，很容易得出

1、base1.get()：返回當前指針對象；

2、base1.release()：清空當前智能指針對象，并返回類型指針。所以假如我們要正常刪除，那么需要這樣：

[cpp] view plain copy

Base1*base2 = base1.release(); delete base2; 很麻煩對不對，沒關系，還有第三個函數呢

3、base1.reset()：從圖中可看出，是重置智能指針，即把內存刪除，且智能指針指向空，但類型不變，所以可以這樣安全便捷地刪除：

[cpp] view%20plain copy

base1.reset();

然而繼續看，還有一個問題：auto_ptr還重載了等號操作符，由圖可知意思是把賦值智能指針的內存交給被賦值智能指針，即如下意思：

[cpp] view plain copy

auto_ptr <Base1> base2; base2 = base1;//將base1的控制權轉交給base2，且base1清空了 base2->func(); 因此這樣就有些問題，控制權可以隨便轉換，但是只有一個在用，用起來會受到諸多限制，所以有了下面的智能指針。

介紹之前先上一張別人的表格，來源：http://my.oschina.net/hevakelcj/blog/465978，這是c++11中的智能指針與boost庫中的比較，原本boost就是為完善auto_ptr搞得這些，現在c++11有了，也就不需要再用咯。

2.unique_ptr

C++11引入了許多便捷的功能，其中也包括這個，在用之前我們可以先看下底層：

可以清楚的看到，unique_ptr中的拷貝構造和賦值操作符delete了，所以也就意味著，他和auto_ptr有區別，控制權唯一，不能隨意轉換。用法都差不多：

[cpp] view plain copy

unique_ptr<Base1> base1(new Base1); unique_ptr<Base1> base2;//但是不能用拷貝構造和等號賦值把base1賦值給base2了 但是如果想切換控制權的話也不是沒有辦法，我們可以看到還有個這樣的函數：

要理解這兩個函數，首先要理解c++11引入的move和forward；而要理解move和forward得先理解左值和右值概念。所以還是講全一點吧（已經了解的就直接跳過可以）：

補充知識點（其實可以直接看我下一篇更方便理解：點擊打開鏈接）：

1、左值與右值：

左值指的是既能夠出現在等號左邊也能出現在等號右邊的變量(或表達式)，右值指的則是只能出現在等號右邊的變量(或表達式)。需要注意的是，左值是指表達式結束后依然存在的持久對象，而右值是指表達式結束時就不再存在的臨時對象。T& 指向的是 lvalue，而 const T& 指向的，卻可能是 lvalue 或 rvalue，左值引用&與右值引用&&（右值引用是c++11加上的）。

2、move和forward：

需要明確的是，move函數可以是用于構造函數，也可以用于賦值函數，但都需要手動顯示添加。其實move函數用直白點的話來說就是省去拷貝構造和賦值時中間的臨時對象，將資源的內存從一個對象移動到（共享也可以）另一個對象。官話是：c++11 中的 move() 是這樣一個函數，它接受一個參數，然后返回一個該參數對應的右值引用。

std::forward<T>(u) 有兩個參數：T 與 u。當T為左值引用類型時，u將被轉換為T類型的左值，否則u將被轉換為T類型右值。如此定義std::forward是為了在使用右值引用參數的函數模板中解決參數的完美轉發問題。

其實這里說的不夠清晰，下次翻譯一篇國外的解釋，閱讀下來就能很好理解move這個概念了，這里先不深入。

回到這張圖，這兩個函數體也就很明朗了——重載move版本的拷貝構造函數以及重載move版本的等號賦值函數。

意思就是：把右值的對象（right）移動給左值（_myt&），并且右值清空。

那么用法來了：

[cpp] view plain copy

unique_ptr<Base1> base1(new Base1); unique_ptr<Base1> base2=move(base1);//base1變成empty unique_ptr<Base1> base3; base3 = move(base2);//base2變成empty 其它的成員函數就不一一贅述，和auto_ptr大致上是相同的。總結，某種程度來說比auto_ptr更為安全，適用部分特殊情況。

3.shared_ptr

如果完全理解了上面兩個ptr的底層，那么shared_ptr的也就容易理解多了。但是和前兩者有很大區別——

前兩者控制權唯一，切換的時候把前面的清除。而shared_ptr不會，照例看下底層：