智能指针
来源:互联网 发布:norsecorp 前端源码 编辑:程序博客网 时间:2024/05/17 00:04
什么是智能指针
智能指针(smart pointer)的一种通用实现技术是使用引用计数(reference count)。智能指针类将一个计数器与类指向的对象相关联,引用计数跟踪该类有多少个对象的指针指向同一对象。
提到智能指针就会想到RAII,但是要明白,智能指针并不等同于RAII,智能指针只是RAII的一种应用。而RAII则是一种规范。
是一种用来解决问题的思想,定义类来封装资源并进行分配和释放,构造函数完成资源的分配和初始化,析构函数完成资源的清理 智能指针不是指针,是一个类,可以实现:智能管理指针的释放,能够想一个指针一样使用,完成正常的复制拷贝。
早期的智能指针是auto_ptr,下面来模拟实现它。
template <class T>class AutoPtr{public: T * _ptr;public: AutoPtr(T* ptr)//构造函数 :_ptr(ptr) { cout<<"构造函数"<<endl; } AutoPtr(AutoPtr<T>&ap)//拷贝构造函数 :_ptr(ap._ptr) { cout<<"拷贝构造函数"<<endl; ap._ptr = NULL; } ~AutoPtr()//析构函数 { cout<<"析构函数"<<endl; delete[]_ptr; } AutoPtr<T> & operator = (AutoPtr<T>&ap)//赋值运算符的重载 { if(this!=&ap) { delete _ptr;//赋值前先释放它 _ptr = ap._ptr; ap._ptr = NULL;//转移管理权 } cout<<"赋值运算符的重载"<<endl; return *this; } T &operator *()//*的重载 { return *_ptr; } T *operator ->()//->的重载 { return _ptr; }};void test(){ AutoPtr<int> p1(new int (4)); AutoPtr<int> p2(new int); p2 = p1; }int main (){ test(); return 0;}
但是这个智能指针的设计是失败的,他是存在缺陷的。因为会有管理权的转移。也就是说只要我一赋值,或者拷贝构造就会出现管理权转移的情况。
所以我们又有了另一种智能指针,scoped_ptr,他的实现原理就是简单粗暴的,既然你会有拷贝和赋值的问题,那我就不让怒拷贝,也不让你赋值。下面我们来模拟实现一下它。
模拟实现scoped_ptr
template <class T>class ScopedPtr{protected: T * _ptr;public: ScopedPtr(T *ptr)//构造函数 :_ptr(ptr) { cout<<"构造函数"<<endl; } ~ScopedPtr()//析构函数 { cout<<"析构函数"<<endl; delete[]_ptr; } T &operator *()//*的重载 { return *_ptr; } T *operator ->()//->的重载 { return _ptr; }private: ScopedPtr(const ScopedPtr<T>&sp);//只声明,不定义 ScopedPtr<T> &operator = (const ScopedPtr<T>&);};struct A{ int _a; int _b;};void test(){ ScopedPtr<int> sp1(new int(4)); //ScopedPtr<int> sp2(p1);//在这里是无法调用拷贝构造函数的,因为他并没有定义,而且还是一个私有的函数,这样又可以保证即使在类外也不会被修改。 ScopedPtr<A> sp2(new A); sp2->_a = 10; sp2->_b = 20;}int main(){ test(); return 0;}
显然scoped_ptr虽然解决了管理权转移的问题,但是,在实际应用中难免会用到拷贝构造函数,和赋值运算符的重载。所以,为了解决这个问题,我们又出现了一个更加强大的智能指针,shared_ptr.
shared_ptr 是用了共享引用计数的原理,它支持赋值运算符的重载,拷贝构造。下面我们来模拟实现一下它。
模拟实现shared_ptr
template<class T>//实现仿函数struct Delete//删除的是new出来的对象{ void operator ()(T* ptr) { delete ptr; }};template<class T>//实现仿函数struct DeleteArray//删除数组{ void operator ()(T* ptr) { delete [] ptr; }};template<class T,class D = Delete<T>>//传一个缺省的参数class SharedPtr{protected: T * _ptr; int * _countRef; D _del;//定制一个删除器public: SharedPtr(T * ptr)//构造函数 :_ptr(ptr) ,_countRef(new int (1)) { cout<<"构造函数"<<endl; } SharedPtr<T,D>(const SharedPtr<T,D>&sp)//拷贝构造函数 :_ptr(sp._ptr) ,_countRef(sp._countRef) { cout<<"拷贝构造函数"<<endl; ++(*_countRef);//既然调用了拷贝构造函数,肯定是拷贝构造了一个对象,所以直接引用计数加1 } ~SharedPtr()//析构函数 { cout<<"析构函数"<<endl; Release(); } SharedPtr<T,D>&operator = (SharedPtr<T,D> & sp) { if (_ptr != sp._ptr)//判断是否自己给自己赋值或者是指向同一块空间里的对象见得赋值。 { Release(); _ptr = sp._ptr; _countRef = sp._countRef; ++(*_countRef);//进行了赋值后就指向了这个对象,所以当前对象的引用计数加1 } return *this; } T &operator *() { return *_ptr } T *operator ->() { return _ptr; } private: void Release() { if(--(_countRef)==0)//当引用计数的值为0时就说明已经没有对象在用这个空间了,就可以释放掉了。 { cout<<_ptr<<endl;//这里主要是为了看一下是否调到了这个函数,,把它的地址打印一下。 _del(_ptr);//这里就用到了定制的删除器 delete _countRef; } }};void test(){ SharedPtr<int> sp1(new int(2) ); //这里构造了一个对象会调用一次构造函数 SharedPtr<int> sp2(sp1); //sp2对象是用sp1对象拷贝构造出来的所以这里调用了一次拷贝构造函数 SharedPtr<int> sp3(new int(4)); SharedPtr<int> sp4(new int(5)); sp1 = sp4; sp2 = sp3; SharedPtr<string> sp5(new string); SharedPtr<string,DeleteArray<string>> sp6(new string[10]); //这个主要是为了看是否解决了深浅拷贝的问题。因为string类有深浅拷贝的情况}int main(){ test(); return 0;}
从上面带代码中我们可以看到,这个职能制针可以实现拷贝构造,复制运算符的重载。而且不会有管理权转移或者说不能拷贝之类的情况。下面看一下它的运行结果。
这样的代码看起来是挺好的,但是他也有一个很严重的缺陷,那就是不能循环引用,如果循环引用的话就会出现内存泄露的问题了。为了解决这个问题我们又相应有了一个weak_ptr 智能指针,他就是专门来解决shared_ptr 中的循环引用的问题的,它不会增加引用计数。但是这个指针只能在shared_ptr中使用。
存在循环引用的shared_ptr
#include <iostream> #include <boost/shared_ptr.hpp> //这里用到了boost库,可以自己下载一下源代码 #include <boost/weak_ptr.hpp> using namespace std; class parent; class children; typedef boost::shared_ptr<parent> parent_ptr; typedef boost::shared_ptr<children> children_ptr; class parent { public: ~parent(){ std::cout <<"destroying parent\n"; } public: children_ptr children; }; class children { public: ~children() { std::cout <<"destroying children\n"; } public: parent_ptr parent; }; void test() { parent_ptr father(new parent()); children_ptr son(new children); father->children = son; son->parent = father; } void main() { std::cout<<"begin test...\n"; test(); std::cout<<"end test.\n"; }
运行该程序可以看到:即使退出了test函数后,由于parent和children对象互相引用,它们的引用计数都是1,不能自动释放,并且此时这两个对象再无法访问到
<1>一般来讲,解除这种循环引用有下面有三种可行的方法:
1. 当只剩下最后一个引用的时候需要手动打破循环引用释放对象。
2. 当parent的生存期超过children的生存期的时候,children改为使用一个普通指针指向parent。
3. 使用弱引用的智能指针打破这种循环引用。
虽然这三种方法都可行,但方法1和方法2都需要程序员手动控制,麻烦且容易出错。
下面主要介绍一下第三种方法和boost中的弱引用的智能指针boost::weak_ptr。
<2>什么是强引用和弱引用?
一个强引用是指当被引用的对象仍活着的话,这个引用也存在(也就是说,只要至少有一个强引用,那么这个对象就不会也不能被释放)。boost::share_ptr就是强引用。
相对而言,弱引用当引用的对象活着的时候不一定存在。仅仅是当它自身存在的时的一个引用。
弱引用并不修改该对象的引用计数,这意味这弱引用它并不对对象的内存进行管理。
在功能上类似于普通指针,然而一个比较大的区别是,弱引用能检测到所管理的对象是否已经被释放,从而避免访问非法内存。
boost::weak_ptr boost::weak_ptr 是boost提供的一个弱引用的智能指针,它的声明可以简化如下:
weak_ptr
template<typename T> class weak_ptr { public: template <typename Y> weak_ptr(const shared_ptr<Y>& r); weak_ptr(const weak_ptr& r); ~weak_ptr(); T* get() const; bool expired() const; shared_ptr<T> lock() const; };
可以看到,boost::weak_ptr必须从一个boost::share_ptr或另一个boost::weak_ptr转换而来,这也说明,进行该对象的内存管理的是那个强引用的boost::share_ptr。
boost::weak_ptr只是提供了对管理对象的一个访问手段。
boost::weak_ptr除了对所管理对象的基本访问功能(通过get()函数)外,还有两个常用的功能函数:
1. expired() 用于检测所管理的对象是否已经释放;
2. lock() 用于获取所管理的对象的强引用指针。
通过boost::weak_ptr来打破循环引用
由于弱引用不更改引用计数,类似普通指针,只要把循环引用的一方使用弱引用,即可解除循环引用。
对于上面的那个例子来说,只要把children的定义改为如下方式,即可解除循环引用:
解决循环引用的问题
class children { public: ~children() { std::cout <<"destroying children\n"; } public: boost::weak_ptr<parent> parent;//这里改变为弱指针就好了。 };
虽然通过弱引用指针可以有效的解除循环引用,但这种方式必须在程序员能预见会出现循环引用的情况下才能使用,也可以是说这个仅仅是一种编译期的解决方案。如果程序在运行过程中出现了循环引用,还是会造成内存泄漏的。因此,不要认为只要使用了智能指针便能杜绝内存泄漏。我们在写代码的时候尽量避免循环引用。
- 智能指针
- 智能指针
- 智能指针
- 智能指针
- 智能指针
- 智能指针
- 智能指针
- 智能指针
- 智能指针
- 智能指针
- 智能指针
- 智能指针
- 智能指针
- 智能指针
- 智能指针
- 智能指针
- 智能指针
- 智能指针
- Linux 常用C函数 在线查询
- 汇编中AREA和ENTRY理解
- Spring Security4.0.3源码分析之authentication-manager标签解析
- c语言结构体字节对齐问题
- 欢迎使用Markdown编辑器写博客
- 智能指针
- 常见对象-String类-4
- 文章标题
- 【php基础班】第2天 HTML实例、bgsound、HTML颜色、计算机编码、meta标签、img标签、a标签、w3c、URL
- C# WinForm开发系列之DataTimePicker控件显示月份的限制和关于DataTimePicker和monthCalendar的样式设置问题
- Problem : STL——Jerry的问题
- 开播!
- TCP/IP网络编程_hello world服务器端与客户端
- 文件系统