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stl中的智能指针类详解

news 2025/7/23 7:48:10

C++98/03的尝试——std：：auto_ptr

C++11标准废弃了std：：auto_ptr（在C++17标准中被移除），取而代之的是std：：unique_ptr,

std：：auto_ptr容易让人误用的地方是其不常用的复制语义，即当复制一个std：：auto_ptr对象时（拷贝复制或 operator=复制），原 std：：auto_ptr 对象所持有的堆内存对象也会被转移给复制出来的新std：：auto_ptr对象。

std::auto_ptr<int> sp1(new int(8));
std::auto_ptr<int> sp2(sp1);std::auto_ptr<int> sp3(new int(8));
std::auto_ptr<int> sp4;
sp4 = sp3;

在以上代码中分别利用了拷贝构造（sp1=>sp2）和赋值构造（sp3=>sp4）来创建新的std：：auto_ptr对象，因此sp1持有的堆对象被转移给sp2，sp3持有的堆对象被转移给sp4。

因为 std：：auto_ptr 是不常用的复制语义，所以我们应该避免在 stl 容器中使用std：：auto_ptr，当用算法对容器进行操作时（如最常见的容器元素遍历），很难避免不对容器中的元素进行赋值传递，这样便会使容器中的多个元素被置为空指针。

std::unique_ptr

std：：unique_ptr 对其持有的堆内存具有唯一拥有权，也就是说该智能指针对资源（即其管理的堆内存）的引用计数永远是 1，std：：unique_ptr 对象在销毁时会释放其持有的堆内存。

std::unique_ptr<int> sp1(new int(123));std::unique_ptr<int> sp2;
sp2.reset(new int(123));std::unique_ptr<int> sp3 = std::make_unique<int>(123);

//C++11实现make_unique
template<typename T,typename... Ts>
std::unique_ptr<T> make_unique(Ts&& ...params)
{return srd::unique_ptr<T>(new T(std::forward<Ts>(params)...));
}

std：：unique_ptr 禁止复制语义，为了达到这个效果，std：：unique_ptr类的拷贝构造函数和赋值运算符（operator=）均被标记为=delete。

template<class T>
class unique_ptr
{//...unique_ptr(const unique_ptr&) = delete;unique_ptr& operator=(const unique_ptr&) = delete;
}std::unique_ptr<int> sp1(std::make_unique<int>(123));
//一下代码无法通过编译
std::unique_ptr<int> sp2(sp1);std::unique_ptr<int> sp3;
sp3 = sp1;

std：：unique_ptr具有移动语义

std::unique_ptr<int> func(int val)
{std::unique_ptr<int> up(new int(val));return up;
}
int main()
{std::unique_ptr<int> sp1 = func(123);return 0;
}

以上代码从func函数中得到一个std：：unique_ptr对象，然后返回给sp1。既然 std：：unique_ptr 不能被复制，那么如何将一个 std：：unique_ptr 对象持有的堆内存转移给另外一个呢？答案是使用移动构造。

并不是所有对象的std：：move操作都有意义，只有实现了移动构造函数（Move Constructor）或移动赋值运算符（operator=）的类才行，而std：：unique_ptr正好实现了二者。

我们可以通过给智能指针自定义资源回收函数来实现资源回收，自定义std：：unique_ptr的资源释放函数的语法规则如下：

std::unique_ptr<T,DeletorFuncPtr>

其中，T 是我们要释放的对象类型，DeletorFuncPtr 是一个自定义函数指针。

class Socket
{
public:Socket(){}~Socket(){}//关闭资源句柄void close(){}
};int main()
{auto deletor = [](Socket* pSocket){//关闭句柄pSocket->close();delete pSocket;};std::unique_ptr<Socket,void(*)(Socket* pSocket)> spSocket(new Socket,deletor);
}

std::shared_ptr

std：：shared_ptr持有的资源可以在多个std：：shared_ptr之间共享，每多一个std：：shared_ptr对资源的引用，资源引用计数就会增加1，在每一个指向该资源的std：：shared_ptr对象析构时，资源引用计数都会减少1，最后一个 std：：shared_ptr 对象析构时，若发现资源计数为 0，则将释放其持有的资源。多个线程之间递增和减少资源的引用计数都是安全的（注意：这不意味着多个线程同时操作std：：shared_ptr管理的资源是安全的）。std：：shared_ptr提供了一个use_count方法来获取当前管理的资源的引用计数。除了上面描述的内容，std：：shared_ptr的用法和std：：unique_ptr基本相同。

std::shared_ptr<int> sp1(new int(123));std::shared_ptr<int> sp2;
sp2.reset(new int(123));std::shared_ptr<int> sp3;
sp3 = std::make_shared<int>(123);

std::enable_shared_from_this

在实际开发中有时需要在类中返回包裹当前对象（this）的一个std：：shared_ptr对象给外部使用，C++新标准也为我们考虑到了这一点，有如此需求的类只要继承自std：：enable_shared_from_this<T>模板对象即可。

class A :public  std::enable_shared_from_this<A>
{
public:A(){std::cout << "A constructor" << std::endl;}~A(){std::cout << "A destructor" << std::endl;}std::shared_ptr<A> getSelf(){return shared_from_this();}
};int main()
{std::shared_ptr<A> sp1(new A());std::shared_ptr<A> sp2 = sp1->getSelf();std::cout << "use count: " << sp1.use_count() << std::endl;return 0;
}

在以上代码中，类A继承自std：：enable_shared_from_this<A>并提供了一个getSelf方法返回自身的std：：shared_ptr对象，在getSelf方法中调用了shared_from_this方法。

注意事项一：不应该共享栈对象的this指针给智能指针对象。(智能指针管理的是堆对象，栈对象会在函数调用结束后自行销毁，因此不能通过shared_from_this（）将该对象交由智能指针对象管理)

注意事项二：std：：enable_shared_from_this的循环引用问题。(一个资源的生命周期可以交给一个智能指针对象来管理，但是该智能指针的生命周期不可以再交给该资源来管理。)

std::weak_ptr

std：：weak_ptr是一个不控制资源生命周期的智能指针，是对对象的一种弱引用，只提供了对其管理的资源的一个访问手段，引入它的目的是协助std：：shared_ptr工作。

std：：weak_ptr 可以从一个 std：：shared_ptr 或另一个 std：：weak_ptr 对象构造，std：：shared_ptr可以直接赋值给std：：weak_ptr，也可以通过std：：weak_ptr的lock函数来获得std：：shared_ptr。它的构造和析构不会引起引用计数的增加或减少。std：：weak_ptr 可用来解决 std：：shared_ptr 相互引用时的死锁问题，即两个 std：：shared_ptr 相互引用，这两个智能指针的资源引用计数就永远不可能减少为0，资源永远不会被释放。

#include<iostream>
#include<memory>int mian()
{std::shared_ptr<int> sp1(new int(123));std::cout << "use count: " << sp1.use_count() << std::endl;   //use count: 1std::weak_ptr<int> sp2(sp1);std::cout << "use count: " << sp1.use_count() << std::endl;   //use count: 1std::weak_ptr<int> sp3 = sp1;std::cout << "use count: " << sp1.use_count() << std::endl;   //use count: 1std::weak_ptr<int> sp4 = sp2;std::cout << "use count: " << sp1.use_count() << std::endl;   //use count: 1return 0;
}

无论通过何种方式创建std：：weak_ptr，都不会增加资源的引用计数，因此每次输出的sp1的引用计数值都是1。

weak_ptr资源是否有效以及获取管理对象

//m tmpConn 是一个 std::weak ptr<TcpConnection>对象
//m tmpConn 引用的 TcpConnection 已被销毁，直接返回
if(m tmpConn.expired())return;
std::shared ptr<TcpConnection>conn = m tmpConn.lock();
if (conn)
{//省略对 conn的后续操作代码
}

注意：std：：weak_ptr 类没有重写 operator->和operator*方法，因此不能像std：：shared_ptr 或 std：：unique_ptr 一样直接操作对象，std：：weak_ptr 类也没有重写 operator bool（）操作，因此不能通过std：：weak_ptr对象直接判断其引用的资源是否存在。

std：：weak_ptr应用场景中的经典例子是订阅者模式或者观察者模式。这里以订阅者为例来说明，消息发布器只有在某个订阅者存在的情况下才会向其发布消息，不能管理订阅者的生命周期。

class Subscriber
{//具体实现....
};
class SubscribeManager
{
public:void publish(){for (const auto& iter : m_subscribers){if (!iter.expired()){}}}
private:std::vector<std::weak_ptr<Subscriber>> m_subscribers;
};