《一》C++之智能指针:auto_ptr、unique_ptr和shared_ptr

以下内容根据个人理解整理而成,如有错误,欢迎指出,不胜感激。

0. 写在前面

本文是《C++ Primer Plus 第六版》16.2节关于智能指针的阅读笔记,主要总结auto_ptr、unique_ptr和shared_ptr这三种智能指针之间的联系和区别,这里仅记录主要概念,更为具体的代码示例可参考书籍16.2节。

1. 什么是智能指针

对普通指针,一旦使用new分配了内存,则程序结束后需要程序员手动调用delete来释放相应内存,如果忘记删除,则该部分内存无法释放,会造成内存泄漏。

std::string *ps = new std::string('abc');
...
delete ps;

智能指针的出现则是为了解决这一问题,它可以保证在删除指针变量ps的同时释放它指向的内存。
事实上,智能指针是行为类似于指针的类对象,这句话指明了智能指针其实是一个类的实例,这也就意味着它有自己的析构函数,可以在该对象过期时使用相应的析构函数释放指向的内存,而不需要再手动调用delete。

C++中常用的有以下三种智能指针,它们包含在头文件memory中:

  • auto_ptr: C++98中提供,C++11已摒弃
  • unique_ptr: C++11提供
  • shared_ptr: C++11提供

其使用方式也很简单,以auto_ptr为例:

std::auto_ptr<std::string> ps (new std::string('abc'))

2. 为什么有多种智能指针

(智能指针一共有4种,这里不讨论weak_ptr)
在C++98中,仅有auto_ptr这一种智能指针,为什么后来把它舍弃并引入另外两种智能指针?
使用下面的例子来说明:

std::auto_ptr<std::string> ps (new std::string('abc'))
std::auto_ptr<std::string> pr;
pr = ps;

上述例子中出现了指针之间的赋值操作,如果ps和pr都是普通指针,它们将指向同一块内存,如果先释放了ps指向的内存,当再释放pr指向的内存显然会出错。
对智能指针,有如下两种策略来解决这个问题:

  • 建立所有权的概念:对于一个特定的对象,如new std::string('abc'),只有一个智能指针可以拥有它,可对它执行删除操作。当指针间相互赋值时,相当于所有权也在转让,如上述例子中ps失去对象的所有权。这是用于auto_ptr和unique_ptr的策略,但unique_ptr的策略更为严格。
  • 引用计数:对于一个特定的对象,如new std::string('abc'),可以有多个智能指针拥有它,同时记录拥有它的智能指针的个数,仅当最后一个智能指针过期时才释放对象。这是shared_ptr的策略。

unique_ptr比auto_ptr策略更为严格的地方在于:在遇到一个非临时unique_ptr赋给另一个时(如果是临时unique_ptr赋给另一个,由于临时unique_ptr随即被销毁,所以允许这种赋值,如函数返回的unique_ptr赋给相应变量),编译器会直接报错,将安全隐患消除在编译阶段。
当然,如果非要执行unique_ptr的相互赋值操作,C++标准库函数std::move()可以安全地完成该操作。
unique_ptr相比auto_ptr的另一个优点是,它有一个可用于数组的变体(有使用new[] 和delete[] 的版本):

std::unique_ptr<double[]> pda(new double(5));

3. 如何选择智能指针

根据shared_ptr和unique_ptr的特性选择即可:

  • 如果需要多个指针指向同一对象,则使用shared_ptr,否则可选择unique_ptr。
posted @ 2019-10-16 11:38  vh_pg  阅读(655)  评论(0编辑  收藏  举报