shared_ptr简介以及常见问题

http://blog.csdn.net/stelalala/article/details/19993425

本文中的shared_ptr以vs2010中的std::tr1::shared_ptr作为研究对象。可能和boost中的有些许差异，特此说明。

基本功能

shared_ptr提供了一个管理内存的简单有效的方法。shared_ptr能在以下方面给开发提供便利：

1、使用shared_ptr能有效的解决忘记释放内存带来的内存泄漏问题。同时通过自定义删除器功能还能广泛的用于任何需要”释放”的资源管理。

2、利用weak_ptr和shared_ptr搭配使用能解决一部分由于重复释放导致的野指针问题。

基本构造方式

不谈拷贝构造的话，shared_ptr的基本构造方式有4种：

1、无参数构造。

2、传入一个指针构造一个shared_ptr。例如shared_ptr<Foo> f(new Foo)。

3、传入一个指针和一个删除器构造一个shared_ptr。例子见后文。

4、传入一个指针、一个删除器以及一个allocator构造一个shared_ptr。

当然还有一些其他的，例如从auto_ptr从weak_ptr从null_ptr构造。

另外，类似于void*，shared_ptr<void>可以容纳任何类型的指针。

其他常用方法

l use_count()方法。获取到当前智能指针的引用计数。0表示没有任何地方引用。

l get()方法。获取到raw指针。

l reset()方法。重新设置智能指针指向的对象，引用计数重新设置为1。reset方法的函数原型有4种，基本上和前文提到的4种构造函数一一对应。

l swap()方法。交换两个智能指针的内容。

l operater =()方法。该方法会涉及到引用计数的增加。

关于自定义删除器

智能指针能够自定义删除器是一个很重要的功能，该功能使得能够跨dll传递shared_ptr变为可能（当然前提是多个dll使用的shared_ptr实现要一样）。尤其是当c++11的Lambda表达式出现后这个功能用起来更加方便。

先来看自定义删除器的构造方法：

template<class _Ux,

class _Dx>

shared_ptr(_Ux *_Px, _Dx _Dt)

{ // construct with _Px, deleter

_Resetp(_Px, _Dt);

}

其中构造函数的第二个参数就是删除器。这里要求删除器：

1、是”可调用”的即可，例如function object、函数指针、Lambda表达式、bind/functor等等均可。

2、返回值是void，参数是Ux*

3、从形参看出，删除器以传值的方式传入，所以要求删除器要是可拷贝的，否则会编译出错。

4、删除器不要抛出异常。

例如：

shared_ptr<Foo> shot1(new Foo(1),[&](Foo* p){p->Release();});

make_shared有何用处

boost或者stl都提供了make_shared这个函数。用来方便的创建shared_ptr。

make_shared的好处有两点：

1、既然用了shared_ptr不用手动delete指针，那么最好也不要在代码中出现new。make_shared正是在函数内封装了new的操作。

2、从shared_ptr的数据接口了解到，在构造shared_ptr的时候，会new出一个对象保存指针的相关信息。所以一般来说，shared_ptr<Foo> x(new Foo); 需要为Foo 和ref_count 各分配一次内存。如果使用make_shared来创建的话，make_shared内部会尽量将两次内存分配在连续的位置（这个得看用的什么heap管理）。这里理论上能够更快一些。

说下缺点：

1、 make_shared只能针对new出来的，对于使用工厂创建出来的对象无能为力。

2、需要定制删除器时，make_shared无能为力。

3、 make_shared目前只支持10个参数

另外，make_shared代码很有意思，为了方便的定义10个参数，宏定义用得鬼斧神工。

如何进行类型cast

如果只能指针声明为基类的指针，指向的实际类型是子类的话，shared_ptr会自动完成。其他的转型一眼就能看明白，无需多言：

tr1::const_pointer_cast

tr1::dynamic_pointer_cast

tr1::static_pointer_cast

使用shared_ptr可能会遇到的问题

生命周期的问题

使用shared_ptr的目的就是管理对象的生命周期。在使用了shared_ptr以后有几个事情会变得和以往不太一样。

首先，用了shared_ptr就表明对象是使用引用计数来管理，那么该对象什么时候真正被从内存中释放掉就不是很明显了。比如说，可能你的代码中持有了一份shared_ptr的拷贝，就会导致某个对象一直存留下来。

shared_ptr多次引用同一数据

发生这样的事情后，最好的下场是：后释放的shared_ptr在析构的时候吐核。

在实际编码中要注意。不要把一个raw指针交给多个shared_ptr管理。发生这样的事情很可能是在遗留代码上使用新特性导致的。

this指针的问题

例如这样的例子：

class Foo

{

public:

Foo* GetThis()

{

return this;

}

要把这样的代码改为返回shared_ptr<Foo>，不那么好改。假如直接这样修改会有严重的问题：

shared_ptr<Foo> GetThis()

{

return shared_ptr<Foo>(this);

}

因为shared_ptr<Foo>被使用完后就析构了，引用计数减到0以后就会把this delete掉。照成野指针。

为了解决这个问题，标准库提供了一个方法：让类派生自一个模板类：enable_shared_from_this<T>。然后调用shared_from_this()函数即可。

class Foo: public enable_shared_from_this<Foo>

{

public:

shared_ptr<Foo> GetThis()

{

return shared_from_this();;

}

这个方法看上去不那么美观，但是确实解决了一些问题。也带来了另一些问题：shared_from_this()这个函数不能够在构造函数中调用。具体原理下一篇文章剖析shared_ptr实现原理时再讲吧。

多线程的问题

shared_ptr的线程安全的定义在boost的文档中有明确的说明：

l 一个shared_ptr对象可以被多个线程同时read

l 两个shared_ptr对象，指向同一个raw指针，两个个线程分别write这两个shared_ptr对象，是安全的。包括析构。

l 多个线程如果要对同一个shared_ptr对象读写，是线程不安全的

也就是说，唯一需要注意的就是：多个线程中对同一个shared_ptr对象读写时需要加锁。但是即使是加锁也有技巧。比较好的方式是：

thread.lock();

shared_ptr tmpPtr=globalSharedPtr; // globalSharedPtr是多个线程读写的那个

thread.unlock();

后面的操作均针对tmpPtr进行

…

环形引用的问题

环形引用是指这样的情况：

Class A的一个实例中持有一个shared_ptr<B>，Class B的一个实例中持有shared_ptr<A>。考虑以下代码：

class CParent

{

public:

shared_ptr< CChild > children;

};

class CChild

{

public:

shared_ptr< CParent > parent;

};

int main()

{

shared_ptr< CParent > pA(new CParent);

shared_ptr< CChild > pB(new CChild);

pA-> children =pB;

pB-> parent =pA;

}

//到这里pA和pB都未能被释放掉

}

要解决环形引用，没有特别好的办法。在分析代码以后，知道了在某个地方可能有环形引用，那么可以使用weak_ptr来替代shared_ptr。

weak_ptr

weak_ptr本身不具有指针的行为，例如你不能对一个weak_ptr来进行*或者->操作。它通常用来和shared_ptr配合使用。

weak_ptr作为一个”shared_ptr的观察者”能够获知shared_ptr的引用计数，还可以获知一个shared_ptr是否已经被析构了。单冲这一点来说，就一点不weak了。

构造weak_ptr

有两种方法可以构造一个weak_ptr

1、从shared_ptr构造而来。这种情况不会增加shared_ptr的引用计数。当然会增加另一个计数，这个放到下一篇中讲。

2、从另一个weak_ptr拷贝。

也就是说weak_ptr不可能脱离shared_ptr而存在。

expired()

返回布尔，当返回true的时候表示，weak_ptr关联的shared_ptr已经被析构了。

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])

{

shared_ptr<foo> fptr=shared_ptr<foo>(new foo(1,2));

weak_ptr<foo> wptr=fptr;

fptr.reset();

if(wptr.expired())

{

cout<<”wptr has expired”<<endl;

}

system(“pause”);

return 0;

}

lock()

从当前的weak_ptr创建一个新的shared_ptr。如果此时expired()返回true时，创建的shared_ptr中将保存一个null_ptr。

use_count()

返回当前关联的shared_ptr的引用计数是多少。expired()返回true时，该函数返回0。

weak_ptr使用场景

weak_ptr的特性是：weak_ptr不会增加shared_ptr的引用计数，所以weak_ptr通常用来解决shared_ptr无法解决的问题，例如环形引用。weak_ptr常见的使用场景有这么几个：

1、想管理某些资源，但是又不想增加引用计数，那么就可以保存weak_ptr。

2、当知道了有环形引用后，可以使用weak_ptr。例如上面的例子可以改为这样：

class CParent

{

public:

shared_ptr< CChild > children;

};

class CChild

{

public:

weak_ptr< CParent > parent;

};

int main()

{

shared_ptr< CParent > pA(new CParent);

shared_ptr< CChild > pB(new CChild);

pA-> children =pB;

pB-> parent =pA;

}

3、某些情况下，需要知道某个shared_ptr是否已经释放了。

总结

1、在遗留代码上如果要引入shared_ptr要谨慎！shared_ptr带来的不确定性可能要比带来的便利性大的多。

2、使用shared_ptr并不是意味着能偷懒。反而你更需要了解用shared_ptr管理的对象的生命周期应该是什么样子的，是不是有环形引用，是不是有线程安全问题，是不是会在某个地方意外的被某个东西hold住了。

3、一个对象如何使用shared_ptr管理那么最好全部使用shared_ptr来管理，必要的时候可以使用weak_ptr。千万不要raw ptr和智能指针混用

3、不要以传递指针的形式传递shared_ptr。

4、多线程读写同一个shared_ptr的时候，可以先加锁拷贝一份出来，然后解锁即可。

参考

1、 1、《Boost程序库完全开发指南》

2、当析构函数遇到多线程──C++ 中线程安全的对象回调

http://www.cnblogs.com/Solstice/archive/2010/02/10/dtor_meets_threads.html

3、为什么多线程读写shared_ptr 要加锁

http://www.cnblogs.com/Solstice/archive/2013/01/28/2879366.html

4、 vc stl

————————以上文章转自：shared_ptr简介以及常见问题