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一.智能指针的设计思路
- 智能指针是类模板,再栈上创建智能指针对象。
- 把普通指针交给智能指针对象。
- 智能指针对象过期时,调用析构函数释放普通指针的内存。
- 智能指针的类型
- auto_ptr是C++98的标准,c++17已经弃用。
- unique_ptr、shared_ptr和weak_ptr是C++11标准的。
二.智能指针 unique_ptr
C++智能指针unique_ptr是C++11标准库中提供的一种智能指针类型,用于管理动态分配的资源,主要用来避免内存泄漏和简化资源管理。unique_ptr是独占所有权的智能指针,即同一时间只能有一个unique_ptr指向特定的资源,当unique_ptr被销毁时,它所管理的资源会被自动释放。
1.基本用法
- 方法1:
unique_ptr<AA>p0(new AA("小明"));//分配内存并初始化
- 方法2:
unique_ptr<AA>p0=make_unique<AA>("小明");//c++14标准
- 方法3:
AA*p=new AA("小明");
unique_ptr<AA>p0(p);//用已存在的地址初始化
- 方法4:get()方法可以返回裸指针
2. 基本定义
- 包含头文件
#include <memory>
以下是unique_ptr的简化版本的类模板定义(省略了部分实现细节):
template <typename T>
class unique_ptr {
private:T* ptr;public:// 构造函数unique_ptr(T* p) : ptr(p) {}// 移动构造函数unique_ptr(unique_ptr&& other) noexcept : ptr(other.ptr) {other.ptr = nullptr;}// 析构函数~unique_ptr() {delete ptr;}// 禁止拷贝和赋值unique_ptr(const unique_ptr&) = delete;unique_ptr& operator=(const unique_ptr&) = delete;// 移动赋值运算符unique_ptr& operator=(unique_ptr&& other) noexcept {if (this != &other) {delete ptr;ptr = other.ptr;other.ptr = nullptr;}return *this;}// 获取裸指针T* get() const {return ptr;}// 重载运算符->T* operator->() const {return ptr;}// 重载解引用运算符*T& operator*() const {return *ptr;}// 释放资源void reset() {delete ptr;ptr = nullptr;}
};
3.实战测试
#include<iostream>
using namespace std;#include<vector>
#include<memory>//智能指针头文件class AA
{
public:string m_name;AA():m_name("未定义") { cout << m_name << "调用构造函数AA()" << endl; }AA(const string& name) :m_name(name) { cout << "调用构造函数(" << m_name << ")" << endl; }~AA() { cout << "调用了析构函数~AA(" << m_name << ")" << endl; }};int main()
{AA* p1 = new AA("小明");//使用智能指针来管理p//这里AA的意思是要管理的普通指针类型是AA//智能指针本来就是用来管理指针的所以不需要使用AA*unique_ptr<AA>ptr1(p1);//与正常指针用法一致cout << "m_name " << (*ptr1).m_name << endl;cout << "m_name " << ptr1->m_name << endl;cout << "m_name " << (*p1).m_name << endl;cout << "m_name " << p1->m_name << endl;//system("pause");不能使用这个,否则程序无法正常关闭,析构函数无法成功调用return 0;
}
- 执行结果
三.智能指针 shared_ptr
在 C++ 中,智能指针是一种用于管理动态分配对象的指针类,可以帮助开发人员更好地管理内存资源,避免内存泄漏等问题。std::shared_ptr 是 C++11 标准库中提供的一种智能指针,用于共享所有权的指针管理。std::shared_ptr 可以自动追踪有多少个指针共享同一个对象,并在对象不再被引用时安全地释放内存。共享指针的引用计数会在创建、复制和销毁时进行递增和递减,当引用计数为 0 时,内存资源就会被释放。
使用方法:(和unique_ptr基本一样的)
#include <memory>
std::shared_ptr<int> sharedPtr = std::make_shared<int>(10);
智能指针的复制:
std::shared_ptr<int> sharedPtr2 = sharedPtr;
使用 std::make_shared 创建对象时,可以减少内存分配和额外的虚拟函数调用。可以使用 .use_count() 方法获取当前共享指针的引用计数。std::shared_ptr 还支持自定义的删除器,用于指定释放内存时的操作。
总的来说,std::shared_ptr 可以帮助避免潜在的内存泄漏和悬空指针问题,提高代码的健壮性和可维护性。
- 实战测试
#include<iostream>
using namespace std;#include<vector>
#include<memory>//智能指针头文件class AA
{
public:string m_name;AA() :m_name("未定义") { cout << m_name << "调用构造函数AA()" << endl; }AA(const string& name) :m_name(name) { cout << "调用构造函数(" << m_name << ")" << endl; }~AA() { cout << "调用了析构函数~AA(" << m_name << ")" << endl; }};int main()
{AA* p1 = new AA("小明");//使用智能指针来管理p//这里AA的意思是要管理的普通指针类型是AA//智能指针本来就是用来管理指针的所以不需要使用AA*shared_ptr<AA>ptr1(p1);//与正常指针用法一致cout << "m_name " << (*ptr1).m_name << endl;cout << "m_name " << ptr1->m_name << endl;cout << "m_name " << (*p1).m_name << endl;cout << "m_name " << p1->m_name << endl;cout << "use_count=" << ptr1.use_count() << endl;//system("pause");不能使用这个,否则程序无法正常关闭,析构函数无法成功调用return 0;
}
- 输出结果
四.智能指针 weak_ptr
在 C++ 中,std::weak_ptr 是另一种智能指针,用于解决 std::shared_ptr 循环引用所带来的问题。std::weak_ptr 允许你观察指向的对象,但不拥有其所有权。通常与 std::shared_ptr 一起使用,可以避免循环引用导致的内存泄漏问题。
以下是一些关于 std::weak_ptr 的重要点和用法:
- 通过 std::weak_ptr 对象获std::shared_ptr 对象:
std::shared_ptr<int> sharedPtr = std::make_shared<int>(10);
std::weak_ptr<int> weakPtr = sharedPtr;
- 使用 std::lock_guard 和 std::shared_ptr::lock 方法来安全地获取 std::shared_ptr 对象,避免访问已经释放的对象:
if (std::shared_ptr<int> sharedPtr = weakPtr.lock()) {// 使用 sharedPtr 访问对象
} else {// 对象已被释放
}
-
std::weak_ptr 不增加引用计数,只是提供了对对象的观察能力,也不会阻止对象的释放。
-
可以使用 std::weak_ptr 来打破循环引用,让对象能够被正确地释放。
std::weak_ptr 是一种很有用的工具,可以帮助解决在使用智能指针时可能会遇到的循环引用问题,确保内存资源能够正确地释放,提高程序的稳定性和可靠性。
- 实战测试
#include<iostream>
using namespace std;#include<vector>
#include<memory>//智能指针头文件class BB;class AA
{
public:string m_name;AA() :m_name("未定义") { cout << m_name << "调用构造函数AA()" << endl; }AA(const string& name) :m_name(name) { cout << "调用构造函数(" << m_name << ")" << endl; }~AA() { cout << "调用了析构函数~AA(" << m_name << ")" << endl; }shared_ptr<BB>p_B;};class BB
{
public:string m_name;BB() :m_name("未定义") { cout << m_name << "调用构造函数BB()" << endl; }BB(const string& name) :m_name(name) { cout << "调用构造函数(" << m_name << ")" << endl; }~BB() { cout << "调用了析构函数~BB(" << m_name << ")" << endl; }shared_ptr<AA>p_A;
};int main()
{AA* p1 = new AA("小明");BB* p2 = new BB("李华");//使用智能指针来管理p//这里AA的意思是要管理的普通指针类型是AA//智能指针本来就是用来管理指针的所以不需要使用AA*shared_ptr<AA>ptr1(p1);shared_ptr<BB>ptr2 (p2);//与正常指针用法一致cout << "ptr1->m_name " << (*ptr1).m_name << endl;cout << "ptr1->m_name " << ptr1->m_name << endl;cout << "ptr1->m_name " << (*p1).m_name << endl;cout << "ptr1->m_name " << p1->m_name << endl;cout << "ptr1->use_count=" << ptr1.use_count() << endl;cout << "ptr2->m_name " << (*ptr2).m_name << endl;cout << "ptr2->m_name " << ptr2->m_name << endl;cout << "ptr2->m_name " << (*p2).m_name << endl;cout << "ptr2->m_name " << p2->m_name << endl;cout << "ptr2->use_count=" << ptr2.use_count() << endl;ptr1->p_B = ptr2;ptr2->p_A = ptr1;//system("pause");不能使用这个,否则程序无法正常关闭,析构函数无法成功调用return 0;
}
-
由于相互执行都在等待对方释放资源,结果两方都无法释放资源
-
解决方法:使用weak_ptr
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