淺談auto

淺談auto_ptr

在寫C++的時候，常常會使用new來獲取heap的空間，來取得heap的空間，如下。

void Test1(){char* name = new char(100);//process something
   delete name;
}
char* GetHeap(char* name){char* name = new char(100);return name;
}

然而對程式設計師來說，最麻煩的過於一旦new出空間後，一定要執行delete把空間回收，以免發生memory leak的行為

memory leak: 某塊記憶體再也沒有檔案去reference,當妳new出空間後，沒有去delete回收空間時，很容易發生

void Test2(){
char* name = new char(100); //要空間
}//沒有回收，就會造成剛剛取得的空間會變成記憶體中的孤兒

所以在學習 new/delete時，總是被不斷的叮嚀，有new就要有delete，一定要成對出現。

在C++的標準中，提供了一個叫做auto_ptr的標準，就是專門用來處理這種情況，

只要當這個指標沒有繼續reference時，便會自動回收自己，讓程式設計師更方便，能夠遠離new/delete之苦。

可惜如此良好想法的設計，在目前C++標準中，卻是不建議被使用的，因為其某些特性，反而會使得程式碼變得難以捉模。

以下就來正式介紹 auto_ptr

俗稱智慧型指標，保證只要本身被摧毀，必定釋放其所指資源

是一種指向所屬物件擁有者的指標。所以當身為物件擁有者的auto_ptr被摧毀時，該物件也會被摧毀

auto_ptr要求，一個物件只能有一個擁有者，嚴禁一物二主(這點卻造成困擾)

本身不支援指標算數(++之類)

不允許一般指標慣用的賦值初始化方式，必須直接使用顯示轉換來初始化，因為在其實作中，有使用到explicit關鍵字。

void Test3(){auto_ptr<int> ptr(new int[100]);  //ok
   auto_ptr<int> ptr = new int[100];  //error
   //process something
}

擁有權的轉移

auto_ptr 所界定的是嚴格的擁有權概念，由於一個auto_ptr會刪除所擁有的物件，不應該發生同時間有多個auto_ptr共同擁有一個物件

否則就會出現問題，程式設計師要特別小心避免寫出這樣的程式碼，

auto_ptr<int> ptr1(new int[100]);  //declare a auto_ptr pointer toint
 *ptr1=123;                        //change value
 cout<<*ptr1<<endl;auto_ptr<int> ptr2(ptr1);         //initial ptr2 via ptr1 and ptr1 trans its ownership
 if(ptr1.get()==NULL)cout<<"ptr1 has transfered ownership to ptr2"<<endl;cout<<*ptr2<<endl;return 0;------------------
output:
123
ptr1 has transfered ownership to ptr2
123

執行第二行的時候，ptr1會把所有權轉移給ptr2,所以此行一旦結束，ptr1就會是個null。

同樣的問題也會發生在assign的情況下

auto_ptr<int> ptr1(new int[100]);
auto_ptr<int> ptr2;
ptr2 = ptr1 ; //transfers ownership from ptr1 to ptr2

此外，如果ptr2被賦值前擁有另外一個物件，則被賦值後，便會釋放該物件，並呼叫destructor。

#include<iostream>
#include<memory>
using namespace std;
class Student{public:Student(int index):_index(index){cout<<"Student"<<_index<<" constructor"<<endl;};~Student(){cout<<"Student"<<_index<<" destructor"<<endl;}private:int _index;
};int main()
{auto_ptr<Student> ptr1(new Student(1));auto_ptr<Student> ptr2(new Student(2));ptr2 = ptr1 ;  //ptr2's object will release
 cout<<"over"<<endl;return 0;
}------------------
output:
Student1 constructor
Student2 constructor
Student2 destructor
over
Student1 destructor

缺陷

由於auto_ptr本身就涵蓋擁有權，如果無意去轉換擁有權，絕對不要在參數中使用auto_ptr，也不要另auto_ptr作為返回值，否則會有很大的災難。以下是個範例

#include<iostream>
using namespace std;
void bad_print(auto_ptr<int> p)
{if(p.get()==NULL){cout<<"NULL"<<endl;}elsecout<<*p<<endl;}
int main()
{auto_ptr<int> ptr(new int);*ptr=123;bad_print(ptr);*ptr=456;return 0;
}-------------
output:
123
Segmentation fault (core dumped)

因為在參數中，使用了auto_ptr，所以當呼叫此function的時候，便會把所有權轉移到function中的臨時變數，然後當function結束後，

這個區域的臨時變數又會銷毀，而在main中的ptr,因為呼叫function後擁有權轉移，所以第二次執行賦值的動作，就會出現runtime error了，

因為此時ptr並沒有任何指向任何物件，所以導致此崩壞行為。

在這種情況下，我們可以考慮採用pass by reference的方式來傳遞變數，可惜對於auto_ptr來說反而會製造更多麻煩，更難去掌握擁有權轉移的順序，

因此能避免就盡量避免使用auto_ptr跟pass by reference。

如果今天真的有要當參數傳入的需求，這時候可以使用constant reference,如此一來可以使得auot_ptrs本身無法轉移所有權。

以下的例子就會編譯錯誤，可提醒設計師轉移權的問題。與一般不同的是，這邊的const代表的並不是不能修改指標所擁有的物件，而是不能更改

auto_ptr的擁有權，更像是T* const ptr;

#include<iostream>

using namespace std;
void bad_print(const auto_ptr<int> p)
{if(p.get()==NULL){cout<<"NULL"<<endl;}elsecout<<*p<<endl;
}
int main()
{const auto_ptr<int> p(new int); *p = 123;  bad_print(p); //COMPILE TIME ERROR
   *p = 456;return 0;
}

總結
auto_ptrs之間不能共享擁有權

auto_ptr間沒辦法同時擁有一個物件，因此當把兩個auto_ptr指向對方時，就會使得本來的一方釋放其所擁有的物件，之後若是再透過該指標去操作，就會出現錯誤。

並不存在針對array設計的auto_ptr。

auto_ptr的內部設計是delete,而非delete[],所以不可以指向array。
auto_ptr並非萬能指標。

由於auto_ptr並非一個計數型指標(或者是上限為一的計數型指標)，因此在使用上有非常多的限制，如果設計師沒有完全瞭解其特性，很容易就會讓程式出錯。

千萬別在STL 容器中使用auto_ptr。

因為STL標準規定，C++標準容器容易必須要符合"copy-constructible" 跟 "assignable." ，亦即容器中的元素必須都要能夠被複製跟賦值，然而auto_ptr的特性並不相容上述行為，所以切忌使用，否則容易出錯。

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