C++知识点36——使用智能指针的注意事项（下）

四、智能指针与容器

当把shared_ptr对象放入一个容器中时，会调用shared_ptr的拷贝构造函数并且引用计数+1

int main(int argc, char const *argv[])
{shared_ptr<test> sp=make_shared<test>();vector<shared_ptr<test>> vsp;vsp.push_back(sp);cout<<sp.use_count()<<endl;return 0;
}

而当把weak_ptr放入一个容器中时，weak_ptr的引用计数不会增加，而且容器中的weak_ptr有可能是无效的，因为绑定的shared_ptr指向的对象有可能已经被释放

如果存在一个含有unique_ptr的容器，当向容器中添加元素时，要使用move函数转移unique_ptr的控制权，才能添加成功，因为unique_ptr的拷贝构造函数是delete的

五、智能指针与new

除了使用make_unique和make_shared来初始化unique_ptr和shared_ptr外，还可以使用new来初始化，因为new返回的是一个普通指针，而unique_ptr和shared_ptr的用普通指针初始化的构造函数是explicit的，所以，不能将一个普通指针隐式转化为智能指针，必须使用直接初始化的方式

template <class U>
explicit shared_ptr (U* p);explicit unique_ptr (pointer p) noexcept;

关于explicit，见博客https://blog.csdn.net/Master_Cui/article/details/106885137

示例

int main(int argc, char const *argv[])
{unique_ptr<test> up=new test();return 0;
}

因为用new test()初始化up时，需要将new test()隐式转化为一个unique_ptr<test>对象，需要调用unique_ptr<test>的构造函数，但是unique_ptr<test>的构造函数是explicit，所以转化失败

将第三行代码改为

unique_ptr<test> up(new test());

编译通过

此外，也不要使用new返回的普通指针给一个智能指针赋值，道理同上

同理，如果一个函数的返回值或者形参是一个unique_ptr或shared_ptr，也不要使用new创建的对象作为返回值或者作为参数，道理相同

六、最好不要混合使用智能指针和普通指针

正式因为可以用new返回的内置指针来初始化智能指针，但是如果将new返回的指针绑定到一个智能指针的临时变量上，那么，new的对象就会被无缘无故释放，当再次访问该对象，有可能就会访问到一个空悬指针

示例

void testfunc(shared_ptr<int> sp)
{cout<<sp.use_count()<<endl;
}
int main(int argc, char const *argv[])
{int *p=new int(1024);testfunc(shared_ptr<int>(p));cout<<*p<<endl;return 0;
}

上述代码中p创建了一个int数据，值为1024，用p生成一个shared_ptr<int>的临时对象，然后初始化函数形参sp，接着临时变量自动被释放，sp的引用计数变为1，当函数执行结束时，函数的形参sp作用域结束也被自动释放，引用计数为0，所以int数据所占的内存被释放，主函数中的p成了空悬指针，之后解引用该指针（危！！！），数据失效。

虽然用new初始化shared_ptr会出现上述问题，当时如果用一个shared_ptr的临时对象放入一个容器中，可以使得shared_ptr的引用计数不会增加

示例

void rightdelete()
{vector<shared_ptr<int>> v;for (int i=0;i<3;++i) {v.push_back(shared_ptr<int>(new int(10)));}for (int i=0;i<v.size();++i) {cout<<v[i].use_count()<<endl;}
}

在https://blog.csdn.net/Master_Cui/article/details/109264151中提到，当把一个shared_ptr对象放入一个容器中时，shared_ptr对象的引用计数会+1，但是如果当把一个shared_ptr的临时对象放入一个容器中，引用技术并不会增加，因为shared_ptr的临时对象会自动释放。所以当上述函数的执行结束后，v中的元素的引用技术减少为0，指向对象的内存会自动被回收，不用手动delete，防止了内存泄漏

所以，综合第五点和第六点，最好不要使用普通指针来初始化一个智能指针，如果使用shared_ptr，请使用make_shared函数来初始化shared_ptr；如果使用unique_ptr，请使用make_unique函数来进行初始化

如果一个容器中存储了智能指针的对象，当想容器中添加元素时，请使用make_shared函数创建一个临时变量并将该临时变量添加到容器中

七、不要使用get函数给别的智能指针初始化或者赋值

get函数从shared_ptr对象中返回指向对象的普通指针，用于向不能使用智能指针的程序传递一个普通指针，但是get虽然返回一个普通指针，但是不要delete该指针，因为指向的内容的生命周期由智能指针来决定。如果delete该指针，那么智能指针的引用计数为0时，会再次delete，造成二次delete错误。

此外，也不要使用get函数给别的智能指针初始化或者赋值

示例

int main(int argc, char const *argv[])
{shared_ptr<int> p(new int(42));{shared_ptr<int> p2(p.get());cout<<p2.use_count()<<endl;}cout<<p.use_count()<<endl;cout<<*p<<endl; return 0;
}

上述代码中p和p2都是智能指针，且都指向相同的内存，p2通过p.get来初始化p2。但是p和p2的引用计数都是1且p2和p的作用域不同，当p2的作用域结束后，p2的引用计数为0，指向的内存被释放，所以，打印*p时，解引用了空悬指针（危！！！）

所以，不要使用get函数给别的智能指针初始化或者赋值，也不要使用相同的普通指针给多个智能指针初始化或者赋值，因为那样引用计数并不会增加，只有使用智能指针初始化或赋值另一个智能指针，引用计数才会增加

另外，当使用get指针时，应当知道当最后一个智能指针销毁后，get返回的指针就是无效的，所以在使用get函数前，先判断一下引用计数是否为0

八、为什么需要weak_ptr

weak_ptr是shared_ptr的附属品，不会增加shared_ptr的引用计数，weak_ptr中的内容有可能是无效的，所以不能直接使用weak_ptr访问指向的对象，而必须调用weak_ptr的成员函数lock，lock返回的是一个shared_ptr，对lock的返回值进行判空后，才能决定是否能访问指向的对象

weak_ptr因为其不增加引用计数的特点，所以经常用来防止shared_ptr出现循环引用导致的内存泄漏

示例

class node
{
public:shared_ptr<node> next;node(int _val):val_(_val) {cout<<__func__<<endl;}~node() {cout<<__func__<<endl;}int val_;
};int main(int argc, char const *argv[])
{shared_ptr<node> pnode=make_shared<node>(10);pnode->next=make_shared<node>(11);return 0;
}

上述代码实现了一个单链表，并且创建了两个节点，当主函数执行结束后，两个智能指针的生命周期结束。调用了两次构造函数，内存被正确释放

现在，添加一个pre成员，指向前一个节点，实现一个双向链表，情况如下

class node
{
public:shared_ptr<node> next;shared_ptr<node> pre;node(int _val):val_(_val) {cout<<__func__<<endl;}~node() {cout<<__func__<<endl;}int val_;
};int main(int argc, char const *argv[])
{shared_ptr<node> pnode=make_shared<node>(10);pnode->next=make_shared<node>(11);pnode->next->pre=pnode;cout<<pnode.use_count()<<endl;cout<<pnode->next.use_count()<<endl;cout<<pnode->next->pre.use_count()<<endl;return 0;
}

通过上述打印结果可知，调用了两次构造函数，但是没有调用析构函数，说明出现了内存泄漏。原因为是因为当执行pnode->next->pre=pnode;后，pnode的引用计数变为2，主函数退出后，pnode的的引用计数-1，变成1，引用计数不为0，所以，没有调用pnode的析构函数，进而没有调用pnode->next的析构函数，所以两个node对象都没有被正确释放，产生内存泄漏

解决方案：

将shared_ptr<node> pre;改为weak_ptr<node> pre;

这是因为weak_ptr本身不会增加绑定的shared_ptr的引用计数，所以当调用pnode->next->pre=pnode;后，pnode的引用计数依然是1，主函数执行结束后，调用pnode的析构函数，而pnode->next的引用计数也为1，所以也调用pnode->next的析构函数，这两个指针的引用计数均为0了，释放各自指向对象的内存，打印出node析构函数的log

所以，weak_ptr很好的解决了shared_ptr循环引用的问题，这就是weak_ptr最大的价值

九、编写自定义的删除器

除了使用default_delete，还可以通过函数指针自定义删除器

void deleter(int *p)
{delete p;
}void arrarydeleter(int *p)
{delete []p;
}void customdeleter()
{shared_ptr<int> sp(new int[10], arrarydeleter);shared_ptr<int> sp1(new int[10], default_delete<int[]>());unique_ptr<int, void (*)(int *)> up(new int(10), deleter);unique_ptr<int[], void (*)(int *)> up1(new int[10]());
}

如果用shared_ptr指向一个数组，那么需要自定义删除器，或者使用default_delete<int[]>()，shared_ptr的自定义的删除器可以不做为模板参数传入，但是unique_ptr的自定义删除器必须作为模板参数传入，必须指明删除器的类型。unique_ptr如果不指定删除器，默认删除器执行delete []T

参考

《C++ 标准库》

《C++ Primer》

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