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＜C++＞智能指针

news 2025/6/28 5:46:33

1. 智能指针

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 
#include<iostream>
#include<memory>
using namespace std;int div()
{int a, b;cin >> a >> b;if (b == 0)throw invalid_argument("除0错误");return a / b;
}void func()
{int* p1 = new int[10]; // 这里亦可能会抛异常int* p2 = new int[10]; // 这里亦可能会抛异常int* p3 = new int[10]; // 这里亦可能会抛异常int* p4 = new int[10]; // 这里亦可能会抛异常try{div();}catch (...){delete[] p1;delete[] p2;delete[] p3;delete[] p4;throw;}delete[] p1;delete[] p2;delete[] p3;delete[] p4;
}int main()
{try{func();}catch (const exception& e){cout << e.what() << endl;// ...}return 0;
}

上面这个解决方法很繁琐

我们引入智能指针

RAII是个指导思想：获取资源之后去初始化一个对象，将资源交给对象管理

能用于智能指针、lock(),unlock()

//SmartPtr.h
namespace tyyg
{template<class T>class SmartPtr{public:SmartPtr(T* ptr): _ptr(ptr){}~SmartPtr(){cout << "~SmartPtr()" << endl;delete _ptr;}private:T* _ptr;};
}// test.c
#include "SmartPtr.h"
double div()
{double a, b;cin >> a >> b;if (b == 0)throw invalid_argument("除0错误");return a / b;
}void func()
{tyyg::SmartPtr<int> sp1(new int);tyyg::SmartPtr<int> sp2(new int);tyyg::SmartPtr<int> sp3(new int);// sp3的new抛异常，跳到catch的地方，sp1，sp2出作用域调用析构tyyg::SmartPtr<int> sp4(new int);tyyg::SmartPtr<pair<string, int>> sp5(new pair<string, int>("sort", 1));// div()抛异常，sp1，sp2，sp3，sp4出作用域调用析构，不会造成内存泄漏cout << div() << endl;
}int main()
{try{func();}catch (const exception& e){cout << e.what() << endl;// ...}return 0;
}

问题：拷贝

浅拷贝同一块资源会被析构两次，

回忆一下list的迭代器，我们用的是浅拷贝但它没问题，是因为我们不用迭代器负责节点的释放

但我们还是需要浅拷贝来拷贝智能指针，不然就不是管着这块资源

但我们分不清这是别人交给我们管理的，还是别人跟我们一起管理的，这就导致我们不知道该由谁来负责释放资源

如何解决：

1.1 auto_ptr

C++98 auto_ptr 管理权转移，被拷贝对象悬空（交给你管，我不管了）

template<class T>
class auto_ptr
{
public:auto_ptr(T* ptr): _ptr(ptr){}~auto_ptr(){cout << "~auto_ptr()" << endl;delete _ptr;}// sp2(sp1)auto_ptr(auto_ptr<T>& sp): _ptr(sp._ptr){sp._ptr = nullptr;}// 像指针一样T& operator*(){return *_ptr;}T* operator->(){return _ptr;}private:T* _ptr;
};
int main()
{tyyg::auto_ptr<int> sp1(new int);tyyg::auto_ptr<int> sp2 = sp1;// sp1把资源给sp2管，sp1没用了// sp1悬空//*sp1 = 20;// 不能这样写return 0;
}

boost

C++11

C++11出来之前，boost搞除了更好用的scoped_ptr/shared_ptr/weak_ptr
C++11将boost库中智能指针精华部分吸收了过来

1.2 unique_ptr

核心原理：不让拷贝 --> 拷贝编译就报错

namespace tyyg
{template<class T>class unique_ptr{public:// RAII思想unique_ptr(T* ptr):_ptr(ptr){}~unique_ptr(){if (_ptr){cout << "delete" << _ptr << endl;delete _ptr;_ptr = nullptr;}}// 像指针一样T& operator*(){return *_ptr;}T* operator->(){return _ptr;}T* get(){return _ptr;}//private://	// sp2(sp1)//	// C++98//	// 1、只声明，不实现//	// 2、声明成私有//	unique_ptr(const unique_ptr<T>& sp);unique_ptr(const unique_ptr<T>& sp) = delete;unique_ptr<T>& operator=(const unique_ptr<T>& sp) = delete;private:T* _ptr;};
}//C++11 unique_ptr 
// 核心原理：不让拷贝  --> 拷贝编译就报错
int main()
{tyyg::unique_ptr<int> up1(new int);tyyg::unique_ptr<int> up2(up1);// 报错return 0;
}

1.3 shared_ptr

原理：引用计数（string博客里写过）

count要一个资源一个计数

静态的static int _count不行，因为构造多个独立的对象时只会析构一次
如果是静态的计数，sp3构造时将count改成1，之后sp3析构，count变成0，再往后sp2和sp1指向的资源不释放

只能用int* _count

但也有缺陷，就是多线程的时候_count有可能会加错

namespace tyyg
{template<class T>class shared_ptr{public:void Release(){if (--(*_pCount) == 0 && _ptr){cout << "delete" << _ptr << endl;delete _ptr;_ptr = nullptr;delete _pCount;_pCount = nullptr;}}// RAII思想shared_ptr(T* ptr):_ptr(ptr), _pCount(new int(1)){}~shared_ptr(){Release();}shared_ptr(const shared_ptr<T>& sp): _ptr(sp._ptr), _pCount(sp._pCount){(*_pCount)++;}// sp1 = sp3shared_ptr<T>& operator=(const shared_ptr<T>& sp){//if (this != &sp)if (_ptr != sp._ptr){Release();_ptr = sp._ptr;_pCount = sp._pCount;++(*_pCount);}return *this;}// 像指针一样T& operator*(){return *_ptr;}T* operator->(){return _ptr;}T* get() const{return _ptr;}int use_count(){return *_pCount;}private:T* _ptr;int* _pCount;};
}
//shared_ptr 引用计数，
// 析构的时候计数，最后一个析构对象释放资源
int main()
{tyyg::shared_ptr<int> sp1(new int);tyyg::shared_ptr<int> sp2(sp1);// 静态的count不行，因为构造多个独立的对象时只会析构一次tyyg::shared_ptr<int> sp3(new int);// 如果是静态的计数，sp3将count改成1，之后sp3析构，count变成0，再往后sp2和sp1指向的资源不释放sp1 = sp3;return 0;
}

新问题：循环引用

struct ListNode
{tyyg::shared_ptr<ListNode> _next = nullptr;tyyg::shared_ptr<ListNode> _prev = nullptr;int _val = 0;~ListNode(){cout << "~ListNode()" << endl;}
};
int main()
{// 循环引用std::shared_ptr<ListNode> p1(new ListNode);std::shared_ptr<ListNode> p2(new ListNode);cout << p1.use_count() << endl;cout << p2.use_count() << endl;//p1->_next = p2;// p2和_next一起管理它//p2->_prev = p1;// p1和_prev一起管理它// 这就导致p1,p2析构的时候这两块空间还未析构，直到_next和_prev析构的时候这两块空间才会析构//（但_prev析构取决于_next；_next析构取决于_prev，矛盾了）// 这就导致空间没法释放return 0;
}

解决方法：别让_prev, _next来管理空间，它们的指向空间时不增加计数，引入weak_ptr来辅助

1.4 weak_ptr

shared_ptr的小弟

专门解决shared_ptr循环引用

weak_ptr拷贝shared_ptr，但不增加计数，

weak_ptr不参与资源管理

namespace tyyg
{// 不参与指向资源的释放管理template<class T>class weak_ptr{public:weak_ptr(): _ptr(nullptr){}weak_ptr(const shared_ptr<T>& sp): _ptr(sp.get()){}weak_ptr<T>& operator=(const shared_ptr<T>& sp)// 能接收shared_ptr，但不增加计数{if (_ptr != sp.get()){_ptr = sp.get();}return *this;}// 像指针一样T& operator*(){return *_ptr;}T* operator->(){return _ptr;}private:T* _ptr;};
}struct ListNode
{tyyg::weak_ptr<ListNode> _next;// 解决循环引用的方法，把这里换成weak_ptrtyyg::weak_ptr<ListNode> _prev;int _val = 0;~ListNode(){cout << "~ListNode()" << endl;}
};int main()
{// 循环引用tyyg::shared_ptr<ListNode> p1(new ListNode);tyyg::shared_ptr<ListNode> p2(new ListNode);cout << p1.use_count() << endl;cout << p2.use_count() << endl;p1->_next = p2;// p2和_next一起管理它p2->_prev = p1;// p1和_prev一起管理它// 但p1->_next和p2->_prev都是weak_ptr类型的，能够调用weak_ptr<T>& operator=(const shared_ptr<T>& sp)，实现增加指向但不计数cout << p1.use_count() << endl;cout << p2.use_count() << endl;return 0;
}

上面的模拟实现只考虑了最基本的情况，跟库里的weak_ptr根本比不了，我们模拟实现只是为了更好地理解它，而不是为了造出更好的轮子

shared_ptr要和weak_ptr一起才能解决循环引用问题！用的时候一定要小心

2. 定制删除器 – 仿函数

unique_ptr/shared_ptr 默认释放资源用的delete
如何匹配申请方式去对应释放呢？回忆一下排序时我们对各种类型排序的处理方法：仿函数

我们先用库里的unique_ptr试一下效果（这里写了一部分仿函数来封装是为了看清楚调用的是哪个函数）

class Date
{
public:~Date(){cout << "~Date()" << endl;}
private:int _year = 1;int _month = 1;int _day = 1;
};// unique_ptr/shared_ptr  默认释放资源用的delete
// 如何匹配申请方式去对应释放呢？template<class T>
struct DeleteArray
{void operator()(T* ptr){cout << "delete[]" << ptr << endl;delete[] ptr;}
};template<class T>
struct Free
{void operator()(T* ptr){cout << "free" << ptr << endl;free(ptr);}
};struct Fclose
{void operator()(FILE* ptr){cout << "fclose" << ptr << endl;fclose(ptr);}
};int main()
{std::unique_ptr<Date> up1(new Date);std::unique_ptr<Date, DeleteArray<Date>> up2(new Date[10]);std::unique_ptr<Date, Free<Date>> up3((Date*)malloc(sizeof(Date) * 10));std::unique_ptr<FILE, Fclose> up4((FILE*)fopen("Test.cpp", "r"));return 0;
}

然后就自己实现一下吧，其实也就在模板里加一个仿函数，再改一下析构函数

unique_ptr在类的构造参数支持定制删除器，我们的unique_ptr没法在在构造函数传参支持定制删除器，因为通过构造函数传入的仿函数在析构函数里也用不了

namespace tyyg
{template<class T, class D = default_delete<T>>class unique_ptr{public:// RAII思想unique_ptr(T* ptr):_ptr(ptr){}~unique_ptr(){if (_ptr){/*cout << "delete" << _ptr << endl;delete _ptr;*/D del;// unique_ptr的定制删除器del(_ptr);_ptr = nullptr;}}// 像指针一样T& operator*(){return *_ptr;}T* operator->(){return _ptr;}T* get(){return _ptr;}unique_ptr(const unique_ptr<T>& sp) = delete;unique_ptr<T>& operator=(const unique_ptr<T>& sp) = delete;private:T* _ptr;};
}
http://www.lryc.cn/news/34575.html

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