C++智能指针的问题

如何回答C++面试中关于智能指针的问题？

1、  什么是智能指针？

2、  分析下常见的智能指针有哪些？

3、实现一个智能指针呗？（没具体说写哪个，建议默认写：unique_ptr）

1、答：智能指针(smart pointer)是存储指向动态分配（堆）对象指针的类，用于生存期控制，能够确保自动正确的销毁动态分配的对象，防止内存泄露（利用自动调用类的析构函数来释放内存）。它的一种通用实现技术是使用引用计数（除此之外还有资源独占，如(auto_ptr）,只引用，不计数（weak_ptr））。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共享同一指针。每次创建类的新对象时，初始化指针并将引用计数置为1；当对象作为另一对象的副本而创建时，拷贝构造函数拷贝指针并增加与之相应的引用计数；对一个对象进行赋值时，赋值操作符减少左操作数所指对象的引用计数（如果引用计数为减至0，则删除对象），并增加右操作数所指对象的引用计数；调用析构函数时，构造函数减少引用计数（如果引用计数减至0，则删除基础对象）。 

2、常见的智能指针以及解析： 

auto_ptr

（1）它是C++标准库提供的类模板，auto_ptr对象通过初始化指向由new创建的动态内存，它是这块内存的拥有者，一块内存不能同时被分给两个拥有者（资源独占）。当auto_ptr对象生命周期结束时，其析构函数会将auto_ptr对象拥有的动态内存自动释放。

（2）auto_ptr不能指向数组，因为auto_ptr在析构的时候只是调用delete,而数组应该要调用delete[]。（但uniquearray管理的是一段连续的空间，它也是防拷贝的，功能类似于vector。）

（3）auto_ptr不能作为容器对象，因为它不支持拷贝构造与赋值（出错了也不容易发现），STL容器中的元素经常要支持拷贝，赋值等操作，在这过程中auto_ptr会传递所有权，那么就会出错。

unique_ptr

它是（ C++11引入的，前身是scoped_ptr，scoped_ptr是boost库里的），也不支持拷贝构造和赋值，但比auto_ptr好，直接赋值会编译出错（与auto_ptr最大的不同就是类内私有的声明了拷贝构造函数和赋值运算符重载，是针对auto_ptr的缺点而出现的）。

shared_ptr

C++11或boost的shared_ptr，基于引用计数的智能指针。可随意赋值，直到内存的引用计数为0的时候这个内存会被释放。环状的链式结构可能会形成内存泄露（循环引用）

循环引用问题（常问到哦）

为了解决类似这样的问题，c++11引入了weak_ptr，来打破这种循环引用。

weak_ptr

C++11或boost的weak_ptr，弱引用。 引用计数有一个问题就是互相引用形成环，这样两个指针指向的内存都无法释放。需要手动打破循环引用或使用weak_ptr。顾名思义，weak_ptr是一个弱引用，它是为了配合shared_ptr而引入的一种智能指针，它指向一个由shared_ptr管理的对象而不影响所指对象的生命周期，也就是说，它只引用，不计数。如果一块内存被shared_ptr和weak_ptr同时引用，当所有shared_ptr析构了之后，不管还有没有weak_ptr引用该内存，内存也会被释放。所以weak_ptr不保证它指向的内存一定是有效的，在使用之前需要检查weak_ptr是否为空指针。

weak_ptr并没有重载operator->和operator *操作符，因此不可直接通过weak_ptr使用对象，典型的用法是调用其lock函数来获得shared_ptr示例，进而访问原始对象。

auto_ptr的实现

 

template<class T>

class Autoptr //采用资源的转移方法管理内存，在它的拷贝构造和赋值运算符引起会出现问题

{

public:

    Autoptr(T *p=NULL )

        :ptr(p)

    {}

    Autoptr(Autoptr<T>&ap)

        :ptr(ap.ptr)

    {

        ap.ptr= NULL;//新对象构造成功之后，原来对象指针为NULL；保证free的时候释放1次

                

    }

 

    Autoptr<T>&operator=(Autoptr<T>&ap)

    {

        if(this!= &ap)

        {

            if(ap.ptr)

            {

                deleteptr;

            }

            ptr= ap.ptr;

            ap.ptr= NULL;

        }

        return*this;

    }

 

    T* operator*()

    {

        return*ptr;

    }

    T* operator->()

    {

        returnptr;

    }

    voidget_ptr()

    {

        returnptr;

    }

    ~Autoptr()

    {

        if(ptr)

        {

            deleteptr;

            ptr= NULL;

        }

    }

private:

    T*ptr;

};

voidfuntest()

{

    int*p = new int(1);

    Autoptr<int>ap1(p);   //只是调了构造函数，没有调拷贝构造函数

    Autoptr<int>ap2(ap1);//调了拷贝构造函数，ap1=NULL；

    Autoptr<int>ap3;

   ap3= ap2;//赋值不过去，因为两个对象地址不同，ap2.ptr也不为空，所以调用operator=函数，但是此刻已经释放了

}            //ap3的ptr指向的空间，所以没法向ap3赋值

int main()

{

    funtest();

    system("pause");

    return0;

}

unique_ptr的实现

template<class T>

class unique_ptr //前身是scoped_pt，实现粗暴—>禁止转移-->独占资源（只允许一个指针管理资源）

                //（禁止调拷贝构造和赋值运算符）,它只能管理单个对象

{

public:

    unique_ptr (T*p = NULL)

        :ptr(p)

    {}

 

   

    T* operator*()

    {

        return*ptr;

    }

    T* operator->()

    {

        returnptr;

    }

    voidget_ptr()

    {

        returnptr;

    }

    ~ unique_ptr ()

    {

        if(ptr)

        {

            deleteptr;

            ptr= NULL;

        }

    }

private:

    unique_ptr (unique_ptr <T>&ap);//禁止拷贝构造

    unique_ptr <T>&operator=( unique_ptr <T>&ap1);//禁止赋值

    T*ptr;

};

//为什么unique_ptr防拷贝的实现必须是私有的声明？

1、只给共有的声明，不给定义。（用户可以在类外重新给出定义）

2、只给私有的定义（但是类内可以调拷贝构造和赋值运算符）

所以采用私有的声明拷贝构造函数和赋值运算符重载函数实现unique_ptr的防拷贝

shared_ptr的实现

template<class T>

class Share_Ptr

{

public:

    Share_Ptr(T*p = NULL)

        :_p(p)

        ,_pcount(NULL)

    {

        if(NULL != _p)

        {

            _pcount= new int(1);//构造成功时有一个对象用，初始化为1

        }

    }

 

    Share_Ptr(const Share_Ptr<T>&ps)

        :_p(ps._p)

        ,_pcount(ps._pcount)

    {

        if(NULL != _pcount)

        {

            ++*_pcount;

        }

    }

 

    T* operator*()

    {

        return*_p;

    }

    T* operator->()

    {

        return_p;

    }

    voidget_ptr()

    {

        return_p;

    }

 

    ~Share_Ptr()

    {

        if(NULL!=_pcount&&0 ==*(--_pcount))

        {

            delete_pcount;

            _pcount= NULL;

            delete_p;

            _p= NULL;

        }

    }

private:

    T* _p;

    int*_pcount;

};

 

voidFunTest()

{

    Share_Ptr<int>ps1(new int);//ps1->_pcount=1;

    Share_Ptr<int>ps2(ps1);//ps2->_pcount=2;

    Share_Ptr<int>ps3;

    ps3= ps2;//ps3->_pcount=2;

}