动态内存管理和智能指针 2.0 -- shared_ptr
来源:互联网 发布:自动编程 编辑:程序博客网 时间:2024/06/07 11:58
shared_ptr出现原因
通过第一章的学习,我们知道不管是auto_ptr合适scoped_ptr都是存在缺陷的,于是我们必须想出一个方法既能很好的管理我们的内存,而且在使用的时候,可以多个指针指向一个内存,这个时候就出现了shared_ptr。
shared_ptr的实现原理
shared_ptr使用的引用计数的浅拷贝的形式,这个时候是不需要使用引用计数的写时拷贝的,因为多个指针指向的是同一个动态的内存空间,当其中的一个内存空间改变的时候,其他的内容也是相应的改变的。
这个时候我们的shared_ptr这个类的成员变量中就要有一个指针,用于指向一个动态开辟的存储空间,还需要有一个用于计数的指针,这个指针指向一个动态开辟的内存空间,一般是整型的,这个整型 变量中存放的是我们指向同一个空间的个数,然后这个动态的整型空间只在构造函数的使用开辟出来,其他的拷贝构造函数还有赋值运算符的重载 的时候直接的使用了。
简单代码实现
template<class T>class Shared_Ptr{public: Shared_Ptr(T* ptr) :_ptr(ptr) ,_count(new int(1)) { } Shared_Ptr(const Shared_Ptr& ptr) :_ptr(ptr._ptr) , _count(ptr._count) { (*_count)++; } Shared_Ptr& operator=(const Shared_Ptr& ptr) { if (this == &ptr) { return *this; } else { if (!--(*_count)) { delete _ptr; delete _count; cout << "delete older" << endl; } _ptr = ptr._ptr; _count = ptr._count; (*_count)++; } return *this; } ~Shared_Ptr() { (*_count)--; if ((*_count) == 0) { delete _ptr; delete _count; cout << "delete" << endl; } } T& operator*() { return *_ptr; } T* operator->() { return _ptr; }private: T* _ptr; int* _count;};
代码分析
构造函数
当我们使用构造函数的时候,这个时候肯定是已经动态开辟了一个内存空间的,所以我们这个时候也给我们_count指针动态的开辟一个空间,并且这个空间的值是1,因为此时一定是有一个空间了。
拷贝构造函数
拷贝构造函数的时候,我们是让一个已经存在的对象去初始化另一个对象,所以这个时候我们只需要让当前对象的指针指向那个动态的空间,同时时当前对象的计数指针也指向那个对象的计数空间,并且使当前对象的计数值加1,因为这个时候已经有两个对象 指向了一个动态的空间了。
析构函数
析构函数的时候,我们需要把引用计数减一,这个时候再去判断我们的引用计数的值是否为0,如果是0,这个时候就需要释放我们的动态管理的空间,同时释放掉我们的引用计数的动态空间,同时需要把这两个指针置为NULL。
赋值运算符的重载
该检查的是,这个赋值是不是自赋值,如果是 自赋值,这个时候直接返回该对象 即可了,还需要注意的是,我们 的引用计数不需要加1.如果不是自赋值,此时需要把当前对象的引用计数减1,同时判断减1之后应用计数是不是为0,如果是0则需要释放掉,如果不是0,就不要管了,然后接下来把我们当前指针指向被赋值的那个空间即可。
循环引用和weak_ptr
当下面的代码的时候会出现一种情况就是 循环引用,首先看代码,下面的代码是我们定义的一个结构体
struct Str{ Shared_Ptr<Str> _prev; Shared_Ptr<Str> _next;};
再来看我们的构造函数
Shared_Ptr(T* ptr) :_ptr(ptr) ,_count(new int(1)) { }
上面的构造函数中,我们的构造函数没有缺省值,会报错,因为我们在定义_prev和_next的时候,没有传入参数,所以我们需要把我们的构造函数改成下面的样子,就是把缺省值赋值为NULL。
这个时候我们写一个测试用例
Shared_Ptr<Str> a = new Str;Shared_Ptr<Str> b = new Str;
这个时候会打印出六个delete,因为我们new出来的两个对象本身是有两个对象的,所以析构的时候,会析构这里面的两个一个是_next一个是_prev,然后我们的a和b本身也是指向对象的,所以一共析构了六次。
隐患问题 – 循环引用
如果我们是像下面的方式 使用它,就会出现循环 引用的问题,请看下面的代码
Shared_Ptr<Str> a = new Str; Shared_Ptr<Str> b = new Str; a->_next = b; b->_prev = a;
结合刚刚的分析,我们来分析上面的一段程序,首先是a和b分别指向了两个new出来的对象 ,然后这两个对象 里面的next和prev分别指向了两个对象,接着 执行a->_next = b;
b->_prev = a;的时候,会调用赋值运算符的重载,然后就是a里面的next由原来的内容指向了b,b里面 的prev由原来的内容指向了a;这个时候问题就来了,b这个指向指向的内存空间有两个指针指向着,一个是b自己,一个是a->_next,所以析构的时候不会释放内存空间,这不是我们想看到的结果。也可以这样子分析,就是我们的a和b析构的时候,只是 把引用计数减1,接下来析构a->_next和b->prev的时候,都是相互依赖彼此的,所以都释放不了,这就是循环引用。
weak_ptr
于是为了解决上面的循环引用的特殊场景,配合着shared_ptr设计出了一个weak_ptr,代码如下
#include<iostream>using namespace std;template<class T>class Weak_ptr;template<class T>class Shared_Ptr{public: friend class Weak_ptr<T>; Shared_Ptr(T* ptr = NULL) :_ptr(ptr) ,_count(new int(1)) { } Shared_Ptr(const Shared_Ptr& ptr) :_ptr(ptr._ptr) , _count(ptr._count) { (*_count)++; } Shared_Ptr& operator=(Shared_Ptr& ptr) { if (this == &ptr) { return *this; } else { if (!--(*_count)) { delete _ptr; delete _count; cout << "delete older" << endl; } _ptr = ptr._ptr; _count = ptr._count; (*_count)++; } return *this; } ~Shared_Ptr() { (*_count)--; if ((*_count) == 0) { delete _ptr; delete _count; _ptr = NULL; _count = NULL; cout << "delete" << endl; } } T& operator*() { return *_ptr; } T* operator->() { return _ptr; }protected: T* _ptr; int* _count;};template<class T>class Weak_ptr{public: Weak_ptr() :_ptr(NULL) {} Weak_ptr(Shared_Ptr<T> ptr) { _ptr = ptr._ptr; } T* operator->() { return _ptr; }private: T* _ptr;};struct Str{ Weak_ptr<Str> _prev; Weak_ptr<Str> _next; int _a;};void TestPtr(){ Shared_Ptr<Str> a = new Str; Shared_Ptr<Str> b = new Str; a->_next = b; b->_prev = a; a->_next->_a = 0; cout << b->_a;}
首先我们看Weak_ptr,它的成员变量是T* _ptr;此时我们的Str那个自定义的结构体中的指针就可以改成了Weak_ptr的形式,因为我们的Weak_ptr维护的是一个普通的指针,但是我们在使用的时候需要用到_next指向一个Shared_ptr的对象,所以这个时候,我们不要把Weak_ptr的拷贝构造函数的参数写成是Shared_ptr,然后赋值的时候,需要把Shared_ptr的_ptr赋值给Weak_ptr的_ptr,但是Shared_ptr中的_ptr是 私有的,所以这个时候我们在Shared_ptr里面把Weak_ptr声明为友元。但是这个时候又出现了一个 问题就是,我们的他声明为友元之后,编译器找不到我们的友元类,因为我们的Weak_ptr的定义部分是在Shared_ptr的后面,所以这个时候,需要在Shared_ptr的前面声明我们的Weak_ptr。
定制防函数
所谓的防函数就是让我们的类看起来像是函数一样
举一个简单的例子,看下面的代码
struct Compare{ bool operator()(int a,int b) { return a > b; }};void test(){ Compare com; cout << com(1,2);}
类Compare是我们定制的一个防函数,下面的test就是我们把他 当成一个函数来使用它
为什么要引入防函数呢,因为我们在使用的时候上面的Shared_ptr的时候,我们管理的内存 空间可能是一个FILE*的一个指针,这个时候我们就不能只使用delete来释放我们的空间,这个时候我们就需要定制一个防函数,把它作为一个参数放在构造函数 中,同时我们的Shared_ptr的成员变量里面需要定义一个这样的变量。
请看下面的代码
#include<iostream>using namespace std;#include<assert.h>#pragma once#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1struct DelFile{ void operator()(FILE* f) { fclose(f); cout << "fclose" << endl; }};struct DelDel{ void operator()(void* p) { assert(p); delete p; cout << "delete" << endl; }};template<class T,class Del>class Weak_ptr;template<class T,class Del>class Shared_Ptr{public: friend class Weak_ptr<T,Del>; Shared_Ptr(T* ptr,Del d) :_ptr(ptr) ,_count(new int(1)) , _del(d) { } Shared_Ptr(const Shared_Ptr& ptr) :_ptr(ptr._ptr) , _count(ptr._count) { (*_count)++; } Shared_Ptr& operator=(Shared_Ptr& ptr) { if (this == &ptr) { return *this; } else { if (!--(*_count)) { del(_ptr); delete _count; cout << "delete older" << endl; } _ptr = ptr._ptr; _count = ptr._count; (*_count)++; } return *this; } ~Shared_Ptr() { (*_count)--; if ((*_count) == 0) { _del(_ptr); delete _count; _ptr = NULL; _count = NULL; //cout << "delete" << endl; } } T& operator*() { return *_ptr; } T* operator->() { return _ptr; }protected: T* _ptr; int* _count; Del _del;};template<class T, class Del>class Weak_ptr{public: Weak_ptr() :_ptr(NULL) {} Weak_ptr(Shared_Ptr<T,Del> ptr) { _ptr = ptr._ptr; } T* operator->() { return _ptr; }private: T* _ptr;};struct Str{ Weak_ptr<Str,DelDel> _prev; Weak_ptr<Str, DelDel> _next; int _a;};void TestFile(){ DelFile d; Shared_Ptr<FILE, DelFile> a(fopen("w.ss","w"),d); //注意这里传参的时候,首先要实例化一个对象 //我一开始使用的是Shared_Ptr<FILE, DelFile> a(fopen("w.ss","w"),DelFile d) //这种方式显然是错误的,我不能在一个函数里面去实例化一个对象}void TestPtr(){ DelDel d; Shared_Ptr<Str, DelDel> a(new Str, d); Shared_Ptr<Str, DelDel> b(new Str, d); a->_next = b; b->_prev = a; a->_next->_a = 0; cout << b->_a;}struct Compare{ bool operator()(int a,int b) { return a > b; }};void test(){ Compare com; cout << com(1,2);}
- 动态内存管理和智能指针 2.0 -- shared_ptr
- 【C++】动态内存管理和智能指针
- [内存管理]智能指针shared_ptr与工厂函数相结合
- 动态内存和智能指针
- 智能指针:auto_ptr和shared_ptr
- 智能指针(auto_ptr 和 shared_ptr)
- 智能指针(auto_ptr 和 shared_ptr)
- 智能指针(auto_ptr 和 shared_ptr)
- 智能指针(auto_ptr 和 shared_ptr)
- 智能指针(auto_ptr 和 shared_ptr)
- 智能指针(auto_ptr 和 shared_ptr)
- 智能指针(auto_ptr 和 shared_ptr)
- 智能指针(auto_ptr 和 shared_ptr)
- 智能指针(auto_ptr 和 shared_ptr)
- 智能指针---shared_ptr和weak_ptr
- 动态内存管理与智能指针
- 浅谈C++普通指针和智能指针管理动态内存的陷阱
- C++ Primer : 第十二章 : 动态内存之shared_ptr与new的结合使用、智能指针异常
- python-
- 面试题39(2). 判断是否为平衡二叉树
- (CSU
- 异步任务利器Celery(一)介绍
- angular表格排序(查询)
- 动态内存管理和智能指针 2.0 -- shared_ptr
- 什么时候用相对定位或绝对定位
- 设计模式之策略模式-Strategy Pattern
- 【2017 ACM/ICPC Asia Regional Shenyang Online 1004】hdu 6197 array array array
- C#day2
- Python continue 语句
- Linux文件权限
- maven-小白入门学习笔记2
- java提高篇(四)-----抽象类与接口