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C++智能指針詳解_C 語言

作者：頑張先生 ? 更新時間： 2022-10-13 編程語言

優缺點：

  • 智能指針由原始指針的封裝，優點是可以自動分配內存，不用擔心內存泄漏問題。
  • 用于解決獨占/共享所有權指針的釋放，傳輸等問題。
  • 但是沒有原始指針方便。

一. unique_ptr獨占指針

特點

都是圍繞獨占展開

特點一： 如其名，獨占。也就是說同一個內存空間同時只能有一個指針來管理。

int* pi = new int(10); //利用傳統指針在堆區開辟一個存放整數的區域
std::unique_ptr<int> u_pi_01{pi};//通過傳統指針創建智能指針
std::unique_ptr<int> u_pi_02{pi};//有意讓兩個獨占指針同時指向同一個內存區域

這么寫編譯器不會報錯，但運行時會提示 error:double free detected in tcache 2

這也就印證了第一個特點，一個內存區域只能由一個指針管理。

特點二： 當指針超出作用域時，內存自動釋放

//由于指針的本質也是變量，離開作用范圍就會自動釋放
//因此我們需要通過在外部創建變量來保存指針所保存的地址
int* external_pi_1;//用于存儲傳統指針的地址
int* external_pi_2;//用于存儲智能指針的地址
 {
    int *pi = new int(10);//使用傳統指針在堆區開辟內存存儲整形
    external_pi_1 = pi;   
    std::unique_ptr<int> u_pi{new int(10)};//使用智能指針在堆區開辟內存存儲
    external_pi_2 = u_pi.get();
    std::cout << *external_pi_1 << std::endl;//輸出10
    std::cout << *external_pi_2 << std::endl;//輸出10
 }
std::cout << *external_pi_1 << std::endl;//輸出10
std::cout << *external_pi_2 << std::endl;//輸出0

可見傳統指針在局部作用域中開辟的內存在外部同樣可以訪問，也就是說我們使用傳統指針開辟內存之后在離開作用域時需要加上釋放內存的操作，不然會造成內存泄漏。

而智能指針我們不需要手動釋放內存，在離開作用域后會自動釋放。

特點三：由于特點一，修改指針不可以copy ，只能Move(轉移歸屬權)

std::unique_ptr<int> u_pi1 = std::make_unique<int>(10);
//std::unique_ptr<int> u_pi2 = u_pi1;//嘗試用拷貝的方式共享內存，error:可別忘了這是獨占指針
std::unique_ptr<int> u_pi2 = move(u_pi1);使用move方法轉移內存擁有權。

也就是說，通過move函數，把指針u_pi1所指內存中的值掏空，然后安到指針u_pi2所指的內存上。

創建方式

方式一： 通過已有的傳統指針創建

int* pi = new int(10); //使用傳統指針在堆區開辟一個空間
std::unique_ptr<int> u_pi{pi};//利用創通指針創建智能指針

方式二： 通過new方法創建

std::unique_ptr<int> u_pi{new int(10)};

方式三： 通過std :: make_unique創建

std::unipue_ptr<int> u_pi = std::make_unique<int>(10);

傳遞方式

方式一： 通過move(),轉移擁有權.

void show(std::unique_ptr<int> u_pi)
{
    std::cout<<*u_pi<<std::endl;
}
void test()
{
    std::unique_ptr<int> u_pi{new int(10)};
    show(move(u_pi)); //通過move轉移擁有權
}

注意：將指針的擁有權轉入函數中后，在原作用域指針將被釋放，而該指針將在函數調用結束時釋放。也就是說，將智能指針以move的形式傳入函數后，在原作用域不能再使用該指針。

方式二： 通過引用傳遞

void show(const std::unique_ptr<int> &u_pi)//加cosnt 不是不能改變指向的值，不能改變指針的指向
{
    std::cout << *u_pi << std::endl;
    //u_pi.reset();加了const所以不能清空
}
void test()
{
    std::unique_ptr<int> u_pi{new int(10)};
    show(u_pi);
}

注意： 將指針以引用的方式傳入函數，那么該指針在原作用域依然存活，并可以和所調用函數共同操作該內存空間數據。

方式三： 鏈式傳遞

std::unique_ptr<Person> get_unique(std::string str)
{
    std::unique_ptr<Person> u_pi{new Person(str)};
    return u_pi;
}
void test()
{
    get_unique("hua")->show();//鏈式
}

簡單使用

  • 通過get()獲取地址
  • 可以通過->調用成員函數
  • 可以通過*調用解引用
  • 通過reset()清空指針
class Person
{
public:
    Perosn(std::string name):m_name(name){};
    void show()
    {
        std::cout<<"name is "<<m_name<<std::endl;
    }
private:
    std::string m_name;   
};
int main()
{
std::unique_ptr<Person> u_p{new Person("kimi")}; //用自定義類型創建
u_p->show();//可以通過->調用函數
(*u_p).show();//通過*解引用
std::cout<<u_p.get()<<std::endl;//通過get()獲取地址
u_p.reset();//清空指針
return 0;
}

隱藏危險

用已有指針創建時，沒有及時清空傳統指針，導致同時有兩個指針指向這塊已經被“獨占”的區域。

int* pi = new int(10);
std::unique_ptr<int> u_pi{pi};//使用傳統指針創建，上式開辟的區域被獨占
*pi = 20; //沒有及時清空，依然可以通過獨占指針以外的方式修改內存

二. shared_ptr 計數指針

特點

特點一： 可以通過copy共享內存。

std::shared_ptr<int> u_pi_1{new int(10)};
std::shared_ptr<int> u_pi_2 = u_pi_1;//通過復制拷貝

特點二： 通過use_count();來查看計數 ,copy 計數加一，銷毀計數減一。

std::shanred_ptr<int> s_pi{new int(10)}; //s_pi.use_count() == 1
std::shanred_ptr<int> s_pi_copy = s_pi;  //s_pi.use_count() == 2
s_pi = nullptr;//清空指針                 //s_pi_copy.use_count() == 1

特點三： 無論多少指針，都同用一份數據，因而同一份數據的use_count()一致。

std::shared_ptr<int> s_pi{new int(10)}; //s_pi.use_count() == 1
std::shared_ptr<int> s_pi_2 = s_pi;     //s_pi.use_count() == 2
std::shared_ptr<int> s_pi_3 = s_pi_2;   //s_pi.use_count() == 3
s_pi_2 = bullptr; //清空2指針            //s_pi.use_count() == 2

傳遞方式

  • 本質不變，在函數調用中，因為本身支持復制操作,所以不用加move可以直接傳遞。
  • 并且在傳遞到函數中，use_count() 會增加，并在函數銷毀時候還原。
  • 在函數中修改指向的值，在外部的指針指向的值也會改變。
  • 使用引用傳遞,則在傳遞到函數中時，計數不會增加。
void get_use_1(std::shared_ptr<int> s_pi)
{
    std::cout << s_pi.use_count() << std::endl;
}
void get_use_2(std::shared_ptr<int>& s_pi)
{
    std::cout << s_pi.use_count() << std::endl;
}
void test()
{
    std::shared_ptr<int> s_pi{new int(10)};
    std::cout << s_pi.use_count() << std::endl;
    get_use_1(s_pi);//在函數中計數會增加，但隨著函數銷毀，計數復原
    get_use_2(s_pi);//以引用方式傳入，指針還是那個指針，計數不會增加
}

輸出：1 2 1

隱藏危險

share_ptr帶來的循環依賴問題

class Person
{
public:
    void set_friend(share_ptr<Person> p)
 
    _friend = p;
private:
    share_ptr<Person> _frient;
};
int main()
{
   share_ptr<Person> p1 = make_shared("P1");
   share_ptr<Person> p2 = make_shared("P2");
    p1->set_friend(P2);
    p2->set_friend(P1);//造成循環依賴，在main中的話，不會執行析構
}

解決:將_friend屬性改為weak_ptr 。

三. weak_ptr

weak_ptr 是一個不需要所有權的指針,所以我們可以通過用weak_ptr來聲明屬性，解決循環依賴

class Person
{
public:
    void set_friend(share_ptr<Person> p)
    _friend = p;
private:
    weak_ptr<Person> _frient;//使用weak_ptr解決循環依賴
};
int main()
{
    share_ptr<Person> p1 = make_shared("P1");
    share_ptr<Person> p2 = make_shared("P2");
    p1->set_friend(P2);
    p2->set_friend(P1);
}

可以通過lock()來將weak_pte升級為shared_ptr;

std::weak_ptr<Person> w_pi{new Person("hua")};
std::shared_ptr <Person> s_pi2 = w_pi.lock();

原文鏈接：https://blog.csdn.net/zooo520/article/details/126311918

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