全面剖析 C++ Boost 智能指针！

作者 | .NY&XX

责编 | 屠敏

出品 | CSDN 博客

为什么要使用智能指针

C++没有提供类似JAVA的垃圾回收机制，因此Boost可以通过智能指针来管理内存避免一些问题。C++继承C高效灵活地指针，但是同样带了了很多问题：

内存泄露
野指针
越界访问

什么是智能指针

智能指针是一种像指针的C++对象，但它能够在对象不使用的时候自己销毁掉。虽然STL提供了auto_ptr，但是由于不能同容器一起使用（不支持拷贝和赋值操作），因此很少有人使用。它是Boost各组件中，应用最为广泛的一个。使用智能指针需包含以下头文件，如果只使用智能指针 shared_ptr 可以只包含同名头文件。

#include &lt;boost/smart_ptr.hpp&gt;using namespace boost;

Boost主要包含以下几种智能指针：

boost::scope_ptr

主要特点

scoped_ptr 是Boost 提供的一个简单的智能指针只限于作用域内使用
指针管理权不可转移，不支持拷贝构造函数与赋值操作。

这种智能指针只限于作用域内使用，无法转移内置指针的管理权(不支持拷贝、=赋值等) 但是作用也很显然。例如：

假设定义到delete之中…发生了异常，那么ptr就无法被delete，造成了内存泄漏。使用scoped_ptr就可以很好解决这个问题，只需要new的时候放到scoped_ptr之中就可以了。

具体用法

假设：

scoped_ptr ptr_t(new T); // 假设内置指针为p_t

则：

ptr_t->get()，返回内部管理的指针，但禁止在get()出来的指针上执行delete。
ptr_t->xxx()，等同于p_t->xxx() ptr_t.reset()，delete内部持有的p_t。
假设T支持直接赋值，*ptr_t = xxx。

再次强调，scoped_ptr不能做拷贝、赋值等转移指针管理权限的事情。因此，class内置域为scoped_ptr是不允许的，除非class也禁止拷贝、赋值。

boost::scope_array

主要特点

同 boost::scoped_ptr 基本一样，只是接受数组的new []，多了下标访问操作，其他类似。

构造函数指针必须是 new[] 的结果，而不能是 new 表达式的结果
没有 *， -> 操作符重载，因为 scoped_array 持有的不是一个普通指针
析构函数使用 delete[] 释放资源，而不是 delete
提供 operator[] 操作符重载，可以像普通数组一样用下标访问
没有 begin(), end() 等类似容器迭代器操作函数

具体用法

scoped_array 轻巧方便，没有给程序增加额外负担，但是 scoped_array 功能有限，不能动态增长，也没有迭代器支持，不能搭配 STL 算法，仅有一个纯粹的“裸”数组接口。在需要动态数组的情况下我们应该使用 std::vector 。例如：

boost::shared_ptr

主要特点

boost.smart_ptr 库中最有价值，最重要的组成部分。支持拷贝构造函数、支持赋值操作。重载了*和->操作符用来模仿原始指针的行为。目前已成为tr1标准的一部分，发展自原始的auto_ptr，内置引用计数。引用指针计数器记录有多少个引用指针指向同一个对象，如果最后一个引用指针被销毁的时候，那么就销毁对象本身。

支持拷贝构造函数，赋值操作。
重载 * 和 -> 操作符模仿原始指针。
内置引用计数。

但是，使用的时候需要注意以下几点：

同scope_ptr一样，禁止get()得到指针地址后，执行delete。
禁止循环引用，否则会出内存泄漏。
不能作为函数的临时参数。
shared_ptr是线程安全的。
shared_ptr支持强制类型转换，如果定义了一个U能够强制转换到T（因为T是U的基类），那么shared_ptr也能够强制转换到shared_ptr。

具体用法

具体使用例子如下：

当遇到深拷贝问题时，如果成员变量是shared_ptr类型可以考虑不用自己编写拷贝和赋值构造函数。例如：

实际上，智能指针赋值拷贝的同时，引用计数也加1了。在默认析构函数也是如此，析构函数执行之后，会调用类A的析构函数，检查引用计数都为0后，会delete掉这个int。从而完美的完成了无内存泄漏的、无内存出错的、多个实例之间的指针变量共享。

boost::weak_ptr

主要特点

weak_ptr 被设计为与 shared_ptr 共同工作，可以从一个 shared_ptr 或者另一个 weak_ptr 对象构造，获得资源的观测权。但是 weak_ptr 没有共享资源，它的构造不会引起指针引用计数的增加，同时，在析构的时候也不回引起引用计数的减少。

具体用法

shared_ptr有个致命缺陷，循环引用不能够自动回收。看如下的例子：

运行结果：

由于A和B相互引用，它们的计数永远都为2，所以这样使用shared_ptr必然会导致内存泄漏。为了解决这个问题，可以采用boost::weak_ptr来隔断交叉引用中的回路；boost::weak_ptr必须从一个boost::share_ptr或另一个boost::weak_ptr转换而来，这也说明，进行该对象的内存管理的是那个强引用的boost::share_ptr。boost::weak_ptr只是提供了对管理对象的一个访问手段。弱引用不更改引用计数，类似普通指针，只要把循环引用的一方使用弱引用，即可解除循环引用。例如：

运行结果：

shared_ptr 同 weak_ptr的比较：

intrusive_ptr

主要特点

虽然boost::shared_ptr 比普通指针提供了更完善的功能。有一个小小的代价，那就是一个共享指针比普通指针占用更多的空间，每一个对象都有一个共享指针，这个指针有引用计数器以便于释放。boost::intrusive_ptr是一种“侵入式”的引用计数指针，是boost::shared_ptr的插入式版本。实际并不提供引用计数功能，而是要求被存储的对象自己实现引用计数功能。可以应用于以下两种情形：

对内存占用要求非常严格，智能指针大小必须与裸指针一样；
现存代码已经有了引用计数机制管理的对象。而又没有时间去维护它（或者已经不能获取这些代码了）。

intrusive_ptr与使用shared_ptr相比，有两个主要的不同之处。第一个是你需要提供引用计数的机制。第二个是把this当成智能指针是合法的。

具体用法

要使用 boost::intrusive_ptr, 要包含 “boost/intrusive_ptr.hpp” 并定义两个普通函数 intrusive_ptr_add_ref 和 intrusive_ptr_release. 它们都要接受一个参数。
一般最好泛化这两个函数，简单地调用被管理类型的成员函数去完成工作。

我们来看一个例子，RefCount提供了计数器功能：

在主函数中测试一下：

运行结果：

声明：本文为CSDN博主「.NY&XX」的原创文章，版权归作者所有，如需转载请联系作者。

原文：https://blog.csdn.net/songguangfan/article/details/96361648

【END】

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