[C++知识库]C++重学（8）——智能指针

智能指针

属于STL的智能指针，头文件<memory>

智能指针分类

• unique_ptr 独享所有权（单个智能指针指向一块内存）
• shared_ptr共享所有权（多个智能指针指向同一块内存）

unqiue_ptr

创建方式

语法 ：

#include <iostream>
#include <memory>

class Student
{
public:
	Student(int ID) :m_ID(ID) {
		std::cout << "学号" << this->m_ID << "被构造" << std::endl;
	}
	~Student() {
		std::cout << "学号" << this->m_ID << "被销毁" << std::endl;
	};

private:
	int m_ID;
};

void func1() {
	std::unique_ptr<Student> p1(new Student(7));
	std::unique_ptr<Student> p2 = std::make_unique<Student>(8);
}

int main()
{
	func1();
	std::cout << "进入主函数" << std::endl;
	return 0;
}

执行结果如下图所示：

使用智能指针之后，就可以不用关心delete的时机，这些都由智能指针帮忙释放。

常用方法

范例1：是否为空

//判断智能指针是否为空
void func2() {
	std::unique_ptr<int> ptr;
	// 方法1
	if (ptr == nullptr) {
		std::cout << "方法1中 智能指针为空" << std::endl;
	}
	// 方法2
	if (!ptr) {
		std::cout << "方法2中 智能指针为空" << std::endl;
	}
}

返回方法汇总表

范例2：重置智能指针

//重置智能指针
void func3() {
	std::unique_ptr<int> ptr(new int(10));
	ptr.reset();
	if (ptr == nullptr) {
		std::cout << "智能指针为空" << std::endl;
	}
}

返回方法汇总表

范例3：释放智能指针

//释放智能指针
void func4() {
	std::unique_ptr<int> ptr(new int(10));
	//std::unique_ptr<int> ptr2 = ptr.release();    //会报错
	int* p = ptr.release();
	std::cout << "p指针的值为 " << *p << std::endl;
	if (ptr == nullptr) {
		std::cout << "释放后智能指针为空" << std::endl;
	}
}

注意：不能使用智能指针来接受智能指针的释放

返回方法汇总表

范例4：转移智能指针的所有权

该方法就是可以解决范例3中的报错情况。

//转移智能指针
void  func5() {
	std::unique_ptr<int> ptr(new int(10));
	std::unique_ptr<int> ptr2 = std::move(ptr);
	if (ptr == nullptr) {
		std::cout << "转移后的智能指针为空" << std::endl;
	}
	std::cout << "新的指针的值为 " << *ptr2 << std::endl;
}

返回方法汇总表

范例5：获取智能指针管理的指针

//获取被管理的指针
void func6() {
	std::unique_ptr<int> ptr(new int(10));
	//std::unique_ptr<int> ptr2 = ptr.get();	//会报错
	int* p = ptr.get();
	std::cout << "p指针的值为 " << *p << std::endl;
	if (ptr == nullptr) {
		std::cout << "获取后的智能指针为空" << std::endl;
	}
	else {
		std::cout << "获取后的智能指针不为空，仍然有管理，值为" << *ptr <<std::endl;
	}
}

注意：不能使用智能指针来接受智能指针的获取（智能指针在初始化时不能用其他智能指针的get()来初始化）

返回方法汇总表

类中包含智能指针的情况

class TESTPTR_B {
public:
	TESTPTR_B() { std::cout << "==========TESTPTR_B 被创造==========" << std::endl; }
	~TESTPTR_B() { std::cout << "==========TESTPTR_B 被析构==========" << std::endl; }

};

class TESTPTR
{
public:
	TESTPTR() :iprt(new TESTPTR_B) { std::cout <<  "TESTPTR 被创造" << std::endl; }
	~TESTPTR() { std::cout << "TESTPTR 被析构" << std::endl;}

private:
	std::unique_ptr<TESTPTR_B> iprt;
};


int main()
{
	TESTPTR a;
	return 0;
}

不难看出，当TESTPTR对象a被exe回收的时候，也会把TESTPTR_B的对象析构，防止内存泄露。

注意：智能指针unqiue_ptr中途中被get()后，被管理指针（iprt）在其他地方被delete，那么在unqiue_ptr就需要release被管理的指针（iprt），不然unqiue_ptr在被回收时会再次delete 被管理的指针（iprt）从而造成程序崩溃。

class TESTPTR_B {
public:
	TESTPTR_B() { std::cout << "==========TESTPTR_B 被创造==========" << std::endl; }
	~TESTPTR_B() { std::cout << "==========TESTPTR_B 被析构==========" << std::endl; }

};

class TESTPTR
{
public:
	TESTPTR() :iprt(new TESTPTR_B) { std::cout <<  "TESTPTR 被创造" << std::endl; }
	~TESTPTR() { std::cout << "TESTPTR 被析构" << std::endl;}
	void func8() {
		TESTPTR_B *tmp = iprt.get();
		delete tmp;
		iprt.release();		//因为tmp被delete，不加上这句代码，程序将会崩溃，因为iprt会再次释放内存
	}

private:
	std::unique_ptr<TESTPTR_B> iprt;
};


int main()
{
	TESTPTR a;
	a.func8();
	std::cout << "main函数结束" << std::endl;
	return 0;
}

unqiue_ptr总结以及注意点

• std::unique_ptr<T> Ptr = std::make_unique<T>(参数……)该方法在C++14以后才被使用（含C++14）

• 当指针交给智能指针管理之后，如果想要delete，就调用unqiue_ptr的reset就好

• unqiue_ptr不能通过拷贝构造生成，也不可用=运算符来赋值，只能通过移动来赋值。例子如下

shared_ptr

结构概述：

有两块数据组成，一个是数据块（存放指针），一个是计数块（记录引用计数）

创建方式

void func10() {
	std::shared_ptr<int> p1(new int(10));
	std::shared_ptr<int> p2 = std::make_shared<int>(20);
	std::shared_ptr<int> p3(p1);
	std::shared_ptr<int> p4;
	std::cout << "智能指针 p1 的值为" << *p1 << std::endl;
	std::cout << "智能指针 p2 的值为" << *p2 << std::endl;
	std::cout << "智能指针 p3 的值为" << *p3 << std::endl;
	if (p4 != nullptr) {
		std::cout << "智能指针 p4 的值为" << *p4 << std::endl;
	}
	else {
		std::cout << "智能指针 p4 的值为空" << std::endl;
	}
}

常用方法

范例1：shared_ptr指针的引用计数

void func11() {
	std::shared_ptr<int> p1;
	std::cout << "空智能指针计数为 "<<p1.use_count() << std::endl << std::endl;
	std::shared_ptr<int> p2(new int(10));
	std::shared_ptr<int> p3(p2);
	std::cout << "p2智能指针计数为 " << p2.use_count() << std::endl;
	std::cout << "p3智能指针计数为 " << p3.use_count() << std::endl;
}

范例2：shared_ptr指针的置空

void func12() {
	std::shared_ptr<int> p1(new int(10));
	std::shared_ptr<int> p2(p1);
	std::cout << "p1智能指针计数为 " << p1.use_count() << std::endl;

	p2 = nullptr;
	std::cout << "p2智能指针置空后，p1智能指针计数为 " << p1.use_count() << std::endl;

	if (p2 == nullptr) {
		std::cout << "此时智能指针 p2 的值为空" << std::endl;
	}
}

范例3：智能指针重置后，重新管理新的指针

void func13() {
	std::shared_ptr<int> p1(new int(10));
	std::shared_ptr<int> p2(p1);
	std::shared_ptr<int> p3(p1);
	std::shared_ptr<int> p4(p1);
	std::cout << "p1智能指针计数为 " << p1.use_count() << std::endl << std::endl;

	p2.reset();
	std::cout << "p2智能指针重置后p2计数为 " << p2.use_count() << std::endl;
	std::cout << "此时p1智能指针计数为 " << p1.use_count() << std::endl << std::endl;

	p3.reset(new int(20));
	std::cout << "p3智能指针重置后，重新管理新的指针，此时p3计数为 " << p3.use_count() << std::endl;
	std::cout << "此时p1智能指针计数为 " << p1.use_count() << std::endl << std::endl;
}

自定义删除器

智能指针在计数变为0的时候会调用析构函数的delete。但是管理数组指针的时候就有局限性，就需要使用自定义删除器。

主要有两种：

• 回调函数 （参数为智能指针管理的数据类型）

• 函数对象（仿函数）

• lambda表达式 （lambda表达式其实就是上面的中的另外一种写法罢了）

智能指针管理指针数组时

class MyClass
{
public:
	MyClass() { std::cout << " 构造对象 " << std::endl; }
	~MyClass() { std::cout << " 析构对象 " << std::endl; }
};

void self_delete(MyClass * ptr) {
    //注意参数类型需要是指针类型
	delete[] ptr;
	std::cout << " 删除数组指针 " << std::endl;
}

void func14() {
	std::shared_ptr<MyClass[]> p1(new MyClass[5](), self_delete);
}

智能指针管理 含有指针的 STL容器

一般情况下，开发过程中如果要用到数组一般是使用STL的vector容器来代替数组，也可以交给智能指针管理。这里我用的是自定义数据类型。

void self_class_delete(std::vector<MyClass *> * ptr) {
   	//注意参数类型需要是指针类型
	std::cout << std::endl;
	static int i = 0;
	for (std::vector<MyClass *>::iterator it = ptr->begin(); it != ptr->end(); it++) {
		std::cout << std::endl << "正在删除第"<< ++i << "个元素  *it的数据类型为 " << typeid(*it).name() << std::endl;
		delete *it;
		*it = nullptr;
		if (it == ptr->end()) {
			std::cout << " 到尾了 " << std::endl;
		}
	}
	std::cout << " 删除完成 " << std::endl;
}

void func15() {
	std::vector<MyClass *> * MyClassPtrVct = new std::vector<MyClass *>;
	MyClassPtrVct->reserve(5);	//预留5个空间，防止多次扩展
	MyClass *p1 = new MyClass;
	MyClass *p2 = new MyClass;
	MyClass *p3 = new MyClass;
	std::cout << std::endl << " 指针加入vector容器 " << std::endl;
	MyClassPtrVct->push_back(p1);
	MyClassPtrVct->push_back(p2);
	MyClassPtrVct->push_back(p3);

	std::cout << std::endl << " vector容器交给shared_ptr智能指针管理 " << std::endl;

	std::shared_ptr<std::vector<MyClass *>> AiPtr(MyClassPtrVct, self_class_delete);
	AiPtr.reset();
}

使用函数对象作为自定义删除器

函数对象：自定义类型对()重载，也就是仿函数。注意仿函数和自定义的类要分开写，详情见下面遇到的问题。解决方法（正确写法）点此跳转

使用中遇到的问题：

主要遇到两种情况

• 智能指针存放自定义数据类型数组
• 智能指针存放自定义数据类型

问题描述：这两种情况使用自定义删除器，在创建智能指针的时候会额外构造对象！！虽然能正常释放……

eg1:智能指针中存放数组，数组存放自定义数据类型，使用函数对象作为自定义删除器来回收内存。

下面是错误写法

class DeleteTest {
public:
	DeleteTest() {
		static int i = 0;
		this->m_ID = ++i;
		std::cout << " DeleteTest " << this->m_ID << " 构造 " << std::endl;
	}
	~DeleteTest() {
		std::cout << " DeleteTest " << this->m_ID << " 析构 " << std::endl;
	}
    //下面的重载()就是问题所在
	void operator()(DeleteTest * ptr) {
		std::cout << " DeleteTest 数组被删除 " << std::endl;
		// delete ptr;  //这句会直接报错
		delete[] ptr;
	}
private:
	int m_ID;
};

void func16() {

	std::shared_ptr<DeleteTest> p(new DeleteTest[3], DeleteTest());
	std::cout << "创建结束" << std::endl;
	p.reset();
	std::cout << "释放智能指针所有权结束" << std::endl;
}

下图中红色方框都是问题所在

问题分析及解决方法

上述问题中主要的错误在于自定义数据类型和仿函数（函数对象）没有分开写，导致重载的（）污染了原来的代码逻辑。

class Student {
public:
	Student(){ 
		static int  i = 0;
		this->m_ID = ++i;
		std::cout <<"学生  "<< this->m_ID <<"被构造" << std::endl;
	}
	~Student() {
		std::cout << "学生  " << this->m_ID << "被析构" << std::endl;
	}
private:
	int m_ID;
};

class CorrectDeleter{
public:
	void operator()(Student* ptr) {
		std::cout << " Student 数组被删除 " << std::endl;
		delete[] ptr;
	}
};

void func16_2() {
	std::shared_ptr<Student> p(new Student[3], CorrectDeleter());
	std::cout << "创建结束" << std::endl;
	p.reset();
	std::cout << "释放智能指针所有权结束" << std::endl;
}

使用C++11 lambda表达式作为删除器

lambda：lambda是C++11的新特性，可以代替 函数或者函数对象

class DeleteArrFunc
{
public:
	DeleteArrFunc(int i):m_ID(i){

		std::cout  <<" DeleteArrFunc "<< this->m_ID <<" 被构造"<< std::endl;
	}
	~DeleteArrFunc() {
		std::cout  << " DeleteArrFunc " << this->m_ID <<" 析构 "  << std::endl;
	}
	int m_ID;
};


void func17() {
	//{1，2，3}用的是C++11新特性中的初始化方法
	std::shared_ptr<DeleteArrFunc> p(new DeleteArrFunc[3]{ 1,2,3 }, [](DeleteArrFunc * ptr) {
		std::cout << " DeleteArrFunc 数组被删除 " << std::endl;
		delete[] ptr;
	});
	std::cout << "结束" << std::endl;
	p.reset();
	std::cout << "释放智能指针所有权结束" << std::endl;
}

易错点：

1、不能使用栈中之中来构造智能指针

应为栈中的数据在超出作用域之后就会被程序回收，然后智能指针也会对这块数据

void func18()
{
   int x = 12;
   std::shared_ptr<int> ptr(&x);	
}

需修改为

void func19()
{
   int *x = new int(12);
   std::shared_ptr<int> ptr(x);	
}

2、不能用一个原始堆区数据来构造

    int *num = new int(23);
    std::shared_ptr<int> p1(num);
    
    std::shared_ptr<int> p2(p1);  // 正确使用方法
    std::shared_ptr<int> p3(num); // 不推荐

    std::cout << "p1 Reference = " << p1.use_count() << std::endl; // 输出 2
    std::cout << "p2 Reference = " << p2.use_count() << std::endl; // 输出 2
    std::cout << "p3 Reference = " << p3.use_count() << std::endl; // 输出 1

参考文献

C++ 智能指针 shared_ptr 详解与示例 http://t.csdn.cn/jQGRL

C++ 智能指针 unique_ptr 详解与示例 http://t.csdn.cn/EuR0U