c++智能指標的使用
官方參考
普通指標的煩惱：記憶體泄漏，多次釋放，提前釋放
智能指標 負責自動釋放所指向的物件，
三種智能指標 shared_ptr，unique_ptr，weak_ptr；
將shared_ptr存放在一個容器中，不再需要它的時候，要erase掉，
allocator負責封裝堆記憶體管理的物件，它們在整個標準庫中使用，特別是STL容器使用它們來管理容器內部的所有記憶體分配,大部份情況下，程式員不用理會，標準容器使用默認的分配器稱為std :: allocator，
shared_ptr
shared_ptr
多個指標指向相同的物件；
使用參考計數，參考計數是執行緒安全的，但是物件的讀寫需要加鎖，
不可以直接將指標直接賦值給一個智能指標，因為指標指標是一個類，
get獲取原始指標
最大的陷阱就是回圈參考，這會導致記憶體無法正確釋放，導致記憶體泄漏
#include <iostream>
#include <memory>
#include <thread>
#include <chrono>
#include <mutex>
struct Base
{
Base() { std::cout << " Base::Base()\n"; }
// 注意：此處非虛解構式 OK
~Base() { std::cout << " Base::~Base()\n"; }
};
struct Derived: public Base
{
Derived() { std::cout << " Derived::Derived()\n"; }
~Derived() { std::cout << " Derived::~Derived()\n"; }
};
void thr(std::shared_ptr<Base> p)
{
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
std::shared_ptr<Base> lp = p; // 執行緒安全，雖然自增共享的 use_count
{
static std::mutex io_mutex;
std::lock_guard<std::mutex> lk(io_mutex);
std::cout << "local pointer in a thread:\n"
<< " lp.get() = " << lp.get()
<< ", lp.use_count() = " << lp.use_count() << '\n';
}
}
int main()
{
std::shared_ptr<Base> p = std::make_shared<Derived>();
std::cout << "Created a shared Derived (as a pointer to Base)\n"
<< " p.get() = " << p.get()
<< ", p.use_count() = " << p.use_count() << '\n';
std::thread t1(thr, p), t2(thr, p), t3(thr, p);
p.reset(); // 從 main 釋放所有權
std::cout << "Shared ownership between 3 threads and released\n"
<< "ownership from main:\n"
<< " p.get() = " << p.get()
<< ", p.use_count() = " << p.use_count() << '\n';
t1.join(); t2.join(); t3.join();
std::cout << "All threads completed, the last one deleted Derived\n";
}
可能的輸出：
Base::Base()
Derived::Derived()
Created a shared Derived (as a pointer to Base)
p.get() = 0x2299b30, p.use_count() = 1
Shared ownership between 3 threads and released
ownership from main:
p.get() = 0, p.use_count() = 0
local pointer in a thread:
lp.get() = 0x2299b30, lp.use_count() = 5
local pointer in a thread:
lp.get() = 0x2299b30, lp.use_count() = 3
local pointer in a thread:
lp.get() = 0x2299b30, lp.use_count() = 2
Derived::~Derived()
Base::~Base()
All threads completed, the last one deleted Derived
weak_ptr
是為了配合shared_ptr而引入的一種智能指標，沒有多載operator*和->,它的最大作用在于協助shared_ptr作業，像旁觀者那樣觀測資源的使用情況，
weak_ptr可以從一個shared_ptr或者另一個weak_ptr物件構造，獲得資源的觀測權，但weak_ptr沒有共享資源，它的構造不會引起指標參考計數的增加，
成員函式expired()的功能等價于use_count()==0,
weak_ptr可以使用一個非常重要的成員函式lock()從被觀測的shared_ptr獲得一個可用的shared_ptr物件
#include <iostream>
#include <memory>
std::weak_ptr<int> gw;
void observe()
{
std::cout << "use_count == " << gw.use_count() << ": ";
if (auto spt = gw.lock()) { // 使用之前必須復制到 shared_ptr
std::cout << *spt << "\n";
}
else {
std::cout << "gw is expired\n";
}
}
int main()
{
{
auto sp = std::make_shared<int>(42);
gw = sp;
observe();
}
observe();
}
輸出：
use_count == 1: 42
use_count == 0: gw is expired
unique_ptr
unique_ptr
唯一擁有物件
通過reset方法重新指定
通過release方法釋放所有權
#include <iostream>
#include <vector>
#include <memory>
#include <cstdio>
#include <fstream>
#include <cassert>
#include <functional>
struct B {
virtual void bar() { std::cout << "B::bar\n"; }
virtual ~B() = default;//父類的解構式需要定義為虛函式，防止記憶體泄漏
};
struct D : B
{
D() { std::cout << "D::D\n"; }
~D() { std::cout << "D::~D\n"; }
void bar() override { std::cout << "D::bar\n"; }
};
// 消費 unique_ptr 的函式能以值或以右值參考接收它
std::unique_ptr<D> pass_through(std::unique_ptr<D> p)
{
p->bar();
return p;
}
void close_file(std::FILE* fp) { std::fclose(fp); }
int main()
{
std::cout << "unique ownership semantics demo\n";
{
auto p = std::make_unique<D>(); // p 是占有 D 的 unique_ptr
auto q = pass_through(std::move(p));
assert(!p); // 現在 p 不占有任何內容并保有空指標
q->bar(); // 而 q 占有 D 物件
} // ~D 呼叫于此
std::cout << "Runtime polymorphism demo\n";
{
std::unique_ptr<B> p = std::make_unique<D>(); // p 是占有 D 的 unique_ptr
// 作為指向基類的指標
p->bar(); // 虛派發
std::vector<std::unique_ptr<B>> v; // unique_ptr 能存盤于容器
v.push_back(std::make_unique<D>());
v.push_back(std::move(p));
v.emplace_back(new D);
for(auto& p: v) p->bar(); // 虛派發
} // ~D called 3 times
std::cout << "Custom deleter demo\n";
std::ofstream("demo.txt") << 'x'; // 準備要讀的檔案
{
std::unique_ptr<std::FILE, void (*)(std::FILE*) > fp(std::fopen("demo.txt", "r"),
close_file);
if(fp) // fopen 可以打開失敗；該情況下 fp 保有空指標
std::cout << (char)std::fgetc(fp.get()) << '\n';
} // fclose() 呼叫于此，但僅若 FILE* 不是空指標
// （即 fopen 成功）
std::cout << "Custom lambda-expression deleter demo\n";
{
std::unique_ptr<D, std::function<void(D*)>> p(new D, [](D* ptr)
{
std::cout << "destroying from a custom deleter...\n";
delete ptr;
}); // p 占有 D
p->bar();
} // 呼叫上述 lambda 并銷毀 D
std::cout << "Array form of unique_ptr demo\n";
{
std::unique_ptr<D[]> p{new D[3]};
} // 呼叫 ~D 3 次
}
輸出：
unique ownership semantics demo
D::D
D::bar
D::bar
D::~D
Runtime polymorphism demo
D::D
D::bar
D::D
D::D
D::bar
D::bar
D::bar
D::~D
D::~D
D::~D
Custom deleter demo
x
Custom lambda-expression deleter demo
D::D
D::bar
destroying from a custom deleter...
D::~D
Array form of unique_ptr demo
D::D
D::D
D::D
D::~D
D::~D
D::~D
shared_ptr回圈參考的記憶體泄漏問題
如下物件建模——家長與子女：a Parent has a Child, a Child knowshis/her Parent，
從程式的運行中可以看到最終資源沒有得到釋放，
一個智能指標在創建一個物件的時候初始化參考計數為 1，并把自己的指標指向創建的物件，但這個參考計數在何處？在智能指標內部？非也，這個計數是一個單獨的物件來實作的，如圖1，當另外一個智能指標指向這個物件的時候，便找到與這個物件對應的計數物件，并加一個參考，即 use_count++，這樣多個智能指標物件便可以使用相同的參考計數，
下面程式中，當指標p釋放時，由于指標c->ParentPtr還在參考著new Child，所以這時（new Child）的use_count從2減為1，同理當指標c釋放時，由于p->ChildPtr還在參考著new Parent，所以這時（new Parent）的use_count從2減為1，最終，記憶體沒有被釋放完全，
class Child;
class Parent;
class Parent {
private:
std::shared_ptr<Child> ChildPtr;
public:
void setChild(std::shared_ptr<Child> child) {
this->ChildPtr = child;
}
void doSomething() {
if (this->ChildPtr.use_count()) {
}
}
~Parent() {}
};
class Child {
private:
std::shared_ptr<Parent> ParentPtr;
public:
void setPartent(std::shared_ptr<Parent> parent) {
this->ParentPtr = parent;
}
void doSomething() {
if (this->ParentPtr.use_count()) {
}
}
~Child() {}
};
int main() {
std::weak_ptr<Parent> wpp;
std::weak_ptr<Child> wpc;
{
std::shared_ptr<Parent> p(new Parent);
std::shared_ptr<Child> c(new Child);
std::cout << "p.use_count() = " << p.use_count() << std::endl;
std::cout << "c.use_count() = " << c.use_count() << std::endl;
p->setChild(c);
c->setPartent(p);
std::cout << "p.use_count() = " << p.use_count() << std::endl;
std::cout << "c.use_count() = " << c.use_count() << std::endl;
wpp = p;
wpc = c;
std::cout << "p.use_count() = " << p.use_count() << std::endl; // 2
std::cout << "c.use_count() = " << c.use_count() << std::endl; // 2
cout<<endl;
}
std::cout << "p.use_count() = " << wpp.use_count() << std::endl; // 1
std::cout << "c.use_count() = " << wpc.use_count() << std::endl; // 1
return 0;
}
運行結果
p.use_count() = 1
c.use_count() = 1
p.use_count() = 2
c.use_count() = 2
p.use_count() = 2
c.use_count() = 2
p.use_count() = 1
c.use_count() = 1
shared_ptr回圈參考的記憶體泄漏問題解決
如下，在兩個需要互相參考的類的內部，使用weak_ptr智能指標參考對方，來避免回圈參考導致的記憶體泄漏問題，
#include <iostream>
#include <memory>
class Child;
class Parent;
class Parent {
private:
//std::shared_ptr<Child> ChildPtr;
std::weak_ptr<Child> ChildPtr;
public:
void setChild(std::shared_ptr<Child> child) {
this->ChildPtr = child;
}
void doSomething() {
//new shared_ptr
if (this->ChildPtr.lock()) {
}
}
~Parent() {
}
};
class Child {
private:
std::shared_ptr<Parent> ParentPtr;
public:
void setPartent(std::shared_ptr<Parent> parent) {
this->ParentPtr = parent;
}
void doSomething() {
if (this->ParentPtr.use_count()) {
}
}
~Child() {
}
};
int main() {
std::weak_ptr<Parent> wpp;
std::weak_ptr<Child> wpc;
{
std::shared_ptr<Parent> p(new Parent);
std::shared_ptr<Child> c(new Child);
p->setChild(c);
c->setPartent(p);
wpp = p;
wpc = c;
std::cout << p.use_count() << std::endl; // 2
std::cout << c.use_count() << std::endl; // 1
}
std::cout << wpp.use_count() << std::endl; // 0
std::cout << wpc.use_count() << std::endl; // 0
return 0;
}
運行結果
2100
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標籤：C++
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