【Boost】boost库中智能指针概述

这篇文章主要介绍 boost中的智能指针的使用。

    内存管理是一个比较繁琐的问题，C++中有两个实现方案： 垃圾回收机制和智能指针。垃圾回收机制因为性能等原因不被C++的大佬们推崇， 而智能指针被认为是解决C++内存问题的最优方案。

1. 定义

     一个智能指针就是一个C++的对象， 这对象的行为像一个指针，但是它却可以在其不需要的时候自动删除。注意这个“其不需要的时候”， 这可不是一个精确的定义。这个不需要的时候可以指好多方面：局部变量退出函数作用域、类的对象被析构……。所以boost定义了多个不同的智能指针来管理不同的场景。

shared_ptr<T>内部维护一个引用计数器来判断此指针是不是需要被释放。是boost中最常用的智能指针了。scoped_ptr<t>当这个指针的作用域消失之后自动释放intrusive_ptr<T>也维护一个引用计数器，比shared_ptr有更好的性能。但是要求T自己提供这个计数器。weak_ptr<T>弱指针，要和shared_ptr 结合使用shared_array<T>和shared_ptr相似，但是访问的是数组scoped_array<T>和scoped_ptr相似，但是访问的是数组

2. Boost::scoped_ptr<T>

    scoped_ptr 是boost中最简单的智能指针。scoped_ptr的目的也是很简单， 当一个指针离开其作用域时候，释放相关资源。特别注意的一定就是scoped_ptr 不能共享指针的所有权也不能转移所有权。也就是说这个内存地址就只能给的声明的变量用，不能给其他使用。

    下面是scoped_ptr的几个特点：

1. scoped_ptr的效率和空间的消耗内置的指针差不多。
2. scoped_ptr不能用在标准库的容器上。(用shared_ptr代替)
3. scoped_ptr 不能指向一块能够动态增长的内存区域(用scoped_array代替)

 1 class test 
 2 { 
 3 public: 
 4     void print() 
 5     { 
 6         cout << "test print now" <<endl; 
 7     } 
 8 };
 9 int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) 
10 { 
11     boost::scoped_ptr<test> x(new test); 
12     x->print(); 
13     return 0; 
14 }

3.Boost::shared_ptr<T>

    shared_ptr 具有如下几个特点：

1. 在内部维护一个引用计数器， 当有一个指针指向这块内存区域是引用计数+1， 反之-1， 如果没有任何指针指向这块区域， 引用计数器为0，释放内存区域。
2. 可以共享和转移所有权。
3. 可以被标准库的容器所使用
4. 不能指向一块动态增长的内存(用share_array代替)

我们可以看下如下例子：

1 int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) 
2 { 
3     boost::shared_ptr<test> ptr_1(new test); 
4     ptr_1->print();//引用计数为1
5     boost::shared_ptr<test> ptr_2 = ptr_1; 
6     ptr_2->print();//引用计数为2
7     ptr_1->print();// 引用计数还是为2
8     return 0; 
9 }

4. Boost::intrusive_ptr<T>

    intrusive_ptr 的主要和share_ptr一样， 对比share_ptr,其效率更高，但是需要自己维护一个引用计数器。

shared_ptr比普通指针提供了更完善的功能。有一个小小的代价，那就是一个共享指针比普通指针占用更多的空间，每一个对象都有一个共享指针，这个指针有引用计数器以便于释放。但对于大多数实际情况，这些都是可以忽略不计的。intrusive_ptr 提供了一个折中的解决方案。它提供了一个轻量级的引用计数器，但必须对象本身已经有了一个对象引用计数器。这并不是坏的想法，当你自己的设计的类中实现智能指针相同的工作，那么一定已经定义了一个引用计数器，这样只需要更少的内存，而且可以提高执行性能。如果你要使用intrusive_ptr 指向类型T，那么你就需要定义两个函数：intrusive_ptr_add_ref 和intrusive_ptr_release。下面是一个简单的例子解释如何在自己的类中实现：

#include "boost/intrusive_ptr.hpp" // forward declarationsclass CRefCounted;namespace boost{    void intrusive_ptr_add_ref(CRefCounted * p);    void intrusive_ptr_release(CRefCounted * p);}; // My Classclass CRefCounted{  private:    long    references;    friend void ::boost::intrusive_ptr_add_ref(CRefCounted * p);    friend void ::boost::intrusive_ptr_release(CRefCounted * p);   public:    CRefCounted() : references(0) {}   // initialize references to 0};// class specific addref/release implementation// the two function overloads must be in the boost namespace on most compilers:namespace boost{ inline void intrusive_ptr_add_ref(CRefCounted * p)  {    // increment reference count of object *p    ++(p->references);  } inline void intrusive_ptr_release(CRefCounted * p)  {   // decrement reference count, and delete object when reference count reaches 0   if (--(p->references) == 0)     delete p;  }} // namespace boost

 这是一个最简单的（非线程安全）实现操作。但作为一种通用的操作，如果提供一种基类来完成这种操作或许很有使用价值，也许在其他地方会介绍到。        

5. Boost::weak_ptr<T>

    

强引用和弱引用的比较：

一个强引用当被引用的对象活着的话，这个引用也存在（就是说，当至少有一个强引用，那么这个对象就不能被释放）。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。仅仅是当它存在的时候的一个引用。

boost::weak_ptr<T> 是执行弱引用的智能指针。当你需要它的时候就可以使用一个强（共享）指针指向它（当对象被释放的时候，它为空），当然这个强指针在使用完毕应该立即释放掉，在上面的例子中我们能够修改它为弱指针。

struct CBetterChild : public CSample{  weak_ptr<CDad> myDad;  void BringBeer()  {    shared_ptr<CDad> strongDad = myDad.lock(); // request a strong pointer    if (strongDad)                      // is the object still alive?      strongDad->SetBeer();    // strongDad is released when it goes out of scope.    // the object retains the weak pointer  }};

    weak_ptr 就是一个弱指针。weak_ptr 被shared_ptr控制， 它可以通过share_ptr的构造函数或者lock成员函数转化为share_ptr。

    weak_ptr的一个最大特点就是它共享一个share_ptr的内存，但是无论是构造还是析构一个weak_ptr 都不会影响引用计数器。

 1 int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) 
 2 { 
 3     boost::shared_ptr<test> sharePtr(new test);;
 4     boost::weak_ptr<test> weakPtr(sharePtr); 
 5     //weakPtr 就是用來保存指向這塊內存區域的指針的 
 6     //干了一大堆其他事情
 7     boost::shared_ptr<test> sharePtr_2 = weakPtr.lock(); 
 8     if (sharePtr_2) 
 9         sharePtr_2->print();
10     return 0; 
11 }

6. Boost::shared_array<T> 和Boost::scoped_array<T>

    前面提到过shared_ptr和scoped_ptr不能用于数组的内存（new []），所以shared_array和scoped_array就是他们的代替品。我们可以看下shared_array的用法

1 int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) 
2 { 
3     const int size = 10; 
4     boost::shared_array<test> a(new test[]);
5     for (int i = 0; i < size; ++i) 
6         a[i].print();
7     return 0; 
8 }

7. 使用智能指针的几个注意点

    下面是几个使用智能指针需要注意的地方：

1. 声明一个智能指针的时候要立即给它实例化， 而且一定不能手动释放它。
2. …_ptr<T> 不是T* 类型。所以：

                a: 声明的时候要…_ptr<T> 而不是….._ptr<T*>

                b：不能把T* 型的指针赋值给它

                c: 不能写ptr=NULl, 而用ptr.reset()代替。

1. 不能循环引用。
2. 不要声明临时的share_ptr， 然后把这个指针传递给一个函数

8. 总结

    智能指针使用上还是比较简单的， 而且能比较有效得解决C++内存泄露的问题，各位使用C++的童鞋赶快用起来吧。