【Smart_Point】C/C++ 中共享指针 shared_ptr
1. 共享指针 shared_ptr
目录
1. 共享指针 shared_ptr
1.1 共享指针解决的问题?
1.2 创建 shared_ptr 对象
1.3 分离关联的原始指针
1.4 自定义删除器 Deleter
1.5 shared_ptr 相对于普通指针的优缺点
1.6 创建 shared_ptr 时注意事项
1.1 共享指针解决的问题?
shared_ptr
是C++11提供的一种智能指针类( 智能指针是一个可以像指针一样工作的对象,但是当它不再被使用时,可以自动删除动态分配的内存)。它足够智能,可以在任何地方都不使用时自动删除相关指针,从而帮助彻底消除内存泄漏( 也就是说,即使已经不再需要内存了,但指针仍然未被删除。另外还有双重删除的问题,当程序的某部分要删除一个已经被删除的指针时,即可出现这种情况。如果被删除的内存已经进行了重新分配,则双重删除会对程序造成破坏。)和悬空指针( 指针已经被删除了,但其内存仍然在使用中 )的问题。 它遵循共享所有权的概念,即不同的 shared_ptr
对象可以与相同的指针相关联,并在内部使用引用计数机制来实现这一点。 每个 shared_ptr
对象在内部指向两个内存位置: 1、指向对象的指针。 2、用于控制引用计数数据的指针。 共享所有权如何在参考计数的帮助下工作: 1、当新的 shared_ptr
对象与指针关联时,则在其构造函数中,将与此指针关联的引用计数增加1。 2、当任何 shared_ptr
对象超出作用域时,则在其析构函数中,它将关联指针的引用计数减1。如果引用计数变为0,则表示没有其他 ~对象与此内存关联,在这种情况下,它使用delete函数删除该内存。
1.2 创建 shared_ptr
对象
1.2.1 使用原始指针创建 shared_ptr
对象
std::shared_ptr<int> p1(new int());
上面这行代码在堆上创建了两块内存:
1:存储int
。
2:用于引用计数的内存,管理附加此内存的 shared_ptr
对象的计数,最初计数将为1。
检查 shared_ptr
对象的引用计数
p1.use_count();
创建空的 shared_ptr
对象
因为带有参数的 shared_ptr
构造函数是 explicit 类型的,所以不能像这样std::shared_ptr<int> p1 = new int()
;隐式调用它构造函数。创建新的shared_ptr
对象的最佳方法是使用std :: make_shared:
std::shared_ptr<int> p1 = std::make_shared<int>();
std::make_shared 一次性为int
对象和用于引用计数的数据都分配了内存,而new
操作符只是为int
分配了内存。
1.3 分离关联的原始指针
要使 shared_ptr
对象取消与相关指针的关联,可以使用reset()
函数: 不带参数的reset():
p1.reset();
它将引用计数减少1,如果引用计数变为0,则删除指针。 带参数的reset():
p1.reset(new int(34));
在这种情况下,它将在内部指向新指针,因此其引用计数将再次变为1。 使用nullptr
重置
p1 = nullptr;
shared_ptr
是一个伪指针,本质类
shared_pt
r充当普通指针,我们可以将*
和->
与 shared_ptr
对象一起使用,也可以像其他 shared_ptr
对象一样进行比较;
1.3.2 完整示例
#include <iostream>
#include <memory> // 需要包含这个头文件
int main()
{// 使用 make_shared 创建空对象std::shared_ptr<int> p1 = std::make_shared<int>();*p1 = 78;std::cout << "p1 = " << *p1 << std::endl; // 输出78
// 打印引用个数:1std::cout << "p1 Reference count = " << p1.use_count() << std::endl;
// 第2个 shared_ptr 对象指向同一个指针std::shared_ptr<int> p2(p1);
// 下面两个输出都是:2std::cout << "p2 Reference count = " << p2.use_count() << std::endl;std::cout << "p1 Reference count = " << p1.use_count() << std::endl;
// 比较智能指针,p1 等于 p2if (p1 == p2) {std::cout << "p1 and p2 are pointing to same pointer\n";}
std::cout<<"Reset p1 "<<std::endl;
// 无参数调用reset,无关联指针,引用个数为0p1.reset();std::cout << "p1 Reference Count = " << p1.use_count() << std::endl;// 带参数调用reset,引用个数为1p1.reset(new int(11));std::cout << "p1 Reference Count = " << p1.use_count() << std::endl;
// 把对象重置为NULL,引用计数为0p1 = nullptr;std::cout << "p1 Reference Count = " << p1.use_count() << std::endl;if (!p1) {std::cout << "p1 is NULL" << std::endl; // 输出}return 0;
}
输出结果
p1 = 78
p1 Reference count = 1
p2 Reference count = 2
p1 Reference count = 2
p1 and p2 are pointing to same pointer
Reset p1
p1 Reference Count = 0
p1 Reference Count = 1
p1 Reference Count = 0
p1 is NULL
1.4 自定义删除器 Deleter
1.4.1 下面将讨论如何将自定义删除器与 std :: shared_ptr
一起使用。
当 shared_ptr
对象超出范围时,将调用其析构函数。在其析构函数中,它将引用计数减1,如果引用计数的新值为0,则删除关联的原始指针。 析构函数中删除内部原始指针,默认调用的是delete()函数。
delete Pointer;
有些时候在析构函数中,delete函数并不能满足我们的需求,可能还想加其他的处理。
当 shared_ptr
对象指向数组
std::shared_ptr<int> p3(new int[12]);
像这样申请的数组,应该调用delete []释放内存,而shared_ptr析构函数中默认delete并不能满足需求。
给shared_ptr
添加自定义删除器
在上面在这种情况下,我们可以将回调函数传递给 shared_ptr
的构造函数,该构造函数将从其析构函数中调用以进行删除,即
// 自定义删除器
void deleter(Sample * x)
{std::cout << "DELETER FUNCTION CALLED\n";delete[] x;
}
// 构造函数传递自定义删除器指针
std::shared_ptr<Sample> p3(new Sample[12], deleter);
完整的示例:
#include <iostream>
#include <memory>struct Sample
{Sample() {std::cout << "Sample\n";}~Sample() {std::cout << "~Sample\n";}
};void deleter(Sample * x)
{std::cout << "Custom Deleter\n";delete[] x;
}int main()
{std::shared_ptr<Sample> p3(new Sample[2], deleter);return 0;
}
输出结果:
Sample
Sample
Custom Deleter
~Sample
~Sample
1.4.2 使用Lambda 表达式 / 函数对象作为删除器
class Deleter
{public:void operator() (Sample * x) {std::cout<<"DELETER FUNCTION CALLED\n";delete[] x;}
};// 函数对象作为删除器
std::shared_ptr<Sample> p3(new Sample[3], Deleter());// Lambda表达式作为删除器,无需依赖/调用实现class Deleter类
std::shared_ptr<Sample> p4(new Sample[3], [](Sample * x){std::cout<<"DELETER FUNCTION CALLED\n";delete[] x;
});
1.5 shared_ptr
相对于普通指针的优缺点
缺少 ++, – – 和 [] 运算符
与普通指针相比,shared_ptr
仅提供->
、*
和==
运算符,没有+
、-
、++
、--
、[]
等运算符。 示例:
#include<iostream>
#include<memory>struct Sample {void dummyFunction() {std::cout << "dummyFunction" << std::endl;}
};int main()
{std::shared_ptr<Sample> ptr = std::make_shared<Sample>();(*ptr).dummyFunction(); // 正常ptr->dummyFunction(); // 正常// ptr[0]->dummyFunction(); // 错误方式// ptr++; // 错误方式//ptr--; // 错误方式std::shared_ptr<Sample> ptr2(ptr);if (ptr == ptr2) // 正常std::cout << "ptr and ptr2 are equal" << std::endl;return 0;
}
NULL检测
当我们创建 shared_ptr
对象而不分配任何值时,它就是空的;普通指针不分配空间的时候相当于一个野指针,指向垃圾空间,且无法判断指向的是否是有用数据。 **shared_ptr
检测空值方法**
std::shared_ptr<Sample> ptr3;
if(!ptr3)std::cout<<"Yes, ptr3 is empty" << std::endl;
if(ptr3 == NULL)std::cout<<"ptr3 is empty" << std::endl;
if(ptr3 == nullptr)std::cout<<"ptr3 is empty" << std::endl;
1.6 创建 shared_ptr
时注意事项
1.6.1 不要使用同一个原始指针构造 shared_ptr
创建多个 shared_ptr
的正常方法是使用一个已存在的shared_ptr
进行创建,而不是使用同一个原始指针进行创建。 示例:
int *num = new int(23);std::shared_ptr<int> p1(num);std::shared_ptr<int> p2(p1); // 正确使用方法std::shared_ptr<int> p3(num); // 不推荐std::cout << "p1 Reference = " << p1.use_count() << std::endl; // 输出 2std::cout << "p2 Reference = " << p2.use_count() << std::endl; // 输出 2std::cout << "p3 Reference = " << p3.use_count() << std::endl; // 输出 1
假如使用原始指针num
创建了p1
,又同样方法创建了p3
,当p1
超出作用域时会调用delete释放num
内存,此时num
成了悬空指针,当p3
超出作用域再次delete的时候就可能会出错。
1.6.2 不要用栈中的指针构造 shared_ptr
对象
shared_ptr
默认的构造函数中使用的是delete来删除关联的指针,所以构造的时候也必须使用new出来的堆空间的指针。 示例:
#include<iostream>
#include<memory>int main()
{int x = 12;std::shared_ptr<int> ptr(&x);return 0;
}
当 shared_ptr
对象超出作用域调用析构函数delete
指针&x
时会出错。
1.6.3 建议使用 make_shared
为了避免以上两种情形,建议使用make_shared()<>
创建 shared_ptr
对象,而不是使用默认构造函数创建。
std::shared_ptr<int> ptr_1 = make_shared<int>();
std::shared_ptr<int> ptr_2 (ptr_1);
另外不建议使用get()
函数获取 shared_ptr
关联的原始指针,因为如果在 shared_ptr
析构之前手动调用了delete
函数,同样会导致类似的错误。
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