Boost学习笔记（一）——Boost使用基础、内存管理

左手的ㄟ右手 2022-08-30 04:24 303阅读 0赞

# 一、Boost使用基础 #

Boost库的大部分组件（90%左右），不需要进行编译，直接包含头文件即可使用。  
\#include <boost/logic/tribool.hpp>  
using namespace std;

### Boost网站 ###

www.boost.org

### C++标准库的一个实现——STLport ###

配合boost库工作  
可移植性高，几乎可以配合市面上所有的操作系统合编译器来使用

> 如果想要深入了解，推荐大家看一下《Boost完全开发手册这本书》，虽然是十年前的老书，但有诸多可以复用的经验，读后使人受益匪浅。

# 二、内存管理 #

由于指针的灵活性与复杂性，C++在使用指针不当时，会导致内存泄漏、野指针、访问越界等一系列的问题。  
C++提供了auto\_ptr智能指针，但仍有不足。  
boost库中提供了想java垃圾回收机制一样的一套高效的管理内存方式。

## 1. Smart\_prt库 ##

### 1.1 RALL机制 ###

在使用资源的类的构造函数中申请资源，在相应的析构函数中释放资源。  
在声明栈上局部变量时申请的资源，可以在离开作用域后自动释放，而使用new申请的资源，需要程序员显式的进行相应的delete操作才能释放，这就造成了内存泄漏的安全隐患。

### 1.2 智能指针 ###

在退出作用域时，不管是正常退出还是异常退出，都自动调用delete释放在堆中动态申请的资源。  
智能指针有很多种，例如：

std::auto_prt

1.  return 之前调用delete
2.  catch异常之后，调用delete

int main()
    {
        
    	auto_ptr < class_need_resource > p1 (new class_need_resource);
    	auto_ptr <demo_class> p2(demo_class.creat());
    } 	// 离开作用域后，p1,p2自动析构，释放占用的内存空间

遗憾的是，C++标准库并没有覆盖智能指针的全部领域，特别是引用计数型智能指针。

### 1.3 boost对智能指针的实现 ###

boost.smart\_ptr库是对C++98标准的一个绝对补充，包含了六种智能指针：

1.  scoped\_ptr
2.  scoped\_array
3.  shared\_ptr
4.  shared\_array
5.  weak\_ptr
6.  instrusive\_ptr

以上六种智能指针，都是轻量级的组件，速度与原始指针相差无几，对于所指向的类型T也仅有一个很小且很合理的要求：类型T不能抛出异常。

如何使用：

include <boost/smart_prt>
    using namespace boost;

## 2. scoped\_ptr ##

### 2.1 基本介绍 ###

类似auto\_ptr的智能指针，保证动态创建的对象在任何时候都能被正确的删除。

scoped\_ptr的所有权限制更加严格，不能转让，一旦scoped\_ptr获得了对象的所有权，你就不能从它那里收回来。

scoped\_ptr同时把拷贝构造函数和赋值操作符都声明为私有，禁止对指针的赋值操作，保证了它管理的指针不能被转让所有权。

> 成员函数reset的功能是重置scope的\_ptr，这违背了设计的初衷。  
> 非必须的情况下，尽少使用这种用法。

scoped\_ptr重载了运算符\*和运算符->，来模仿被代理的原始指针的行为，便于将Scoped\_ptr对象如同原始指针对象一样来使用。如果，scoped\_ptr保存了空指针，则此行为未定义。

scoped\_ptr指针不能进行比较操作，因为==和！=运算符都已经被声明为私有，但是提供了一种在bool语境中自动转化为bool值的用法，通过这一用法可以判断指针是否为空。

成员函数swap用来交换两个指针的值，操作高效，被用于实现reset函数。

> 成员函数get用来返回此局部指针所对应的原始指针，一般用于如底层是C语音必须需要原始指针的场景等。  
> 注意，千万不要对返回的指针进行delete操作。  
> 否则，程序会面临崩溃的危险。

### 2.2 与auto\_ptr的对比 ###

scoped\_ptr和auto\_ptr的用法基本一致，大多数情况下可以相互替换，它可以从auto\_ptr获得指针的管理权——同时auto\_ptr失去指针的管理权。

与auto\_ptr一样，两者都不能用作容器的元素，不过原因不同。  
auto\_ptr是因为它的转移语义，而scoped\_ptr是因为他不能拷贝和赋值，不符合容器对元素的要求。

auto\_ptr的指针所有权是可以转移的，可以在函数间传递，同一时刻只能有一个auto\_ptr来进行管理。

而scoped\_ptr因为私有化了赋值和拷贝操作，指针所有权不能转移。

## 3.scoped\_array ##

scoped\_array弥补了标准库中没有指向数组的智能指针的遗憾。

### 基本介绍 ###

构造函数接受的指针必须是new【】的结果  
重载了【】运算符，可以像普通数组一样使用下标访问元素，但越界时会发生意想不到的错误。  
但不能使用\*和->运算符，因为没有定义。

只能在声明的作用域内使用，不能拷贝和赋值。

由于并未定义很多操作，使用scoped\_array与使用正常数组速度一样快，但是不能作为函数和容器等的接口，也不能动态增长。

因此，如果要使用动态数组的话，尽量使用std::vector，它只引入了很小的开销，提供了更高的安全性和灵活性。

## 4. shared\_ptr ##

### 4.1 与scoped\_ptr的比较 ###

shared\_ptr是最像指针的智能指针，是boost.smart\_ptr库中，最有价值、最重要的组成部分。

引用计数型的智能指针，可以被自由的拷贝和赋值，在任意的地方共享它，当没有代码使用它（引用计数为0时），才自动删除被包装的对象。

> shared\_ptr可以安全的放到标准的容器中，作为容器的元素。

shared\_ptr与scoped\_ptr一样都是管理new动态分配对象的智能指针，因此功能上有许多的相似之处。

1.  他们都重载了\*和->操作符，以模仿原始指针的行为
2.  都隐式的提供bool类型转换，以判断指针的有效性
3.  get可以得到原始指针
4.  都没有提供指针运算操作
5.  等

shared\_ptr不但有正常的赋值与拷贝语义，而且可以进行比较操作。

### 4.2 基本介绍 ###

#### 构造函数 ####

无参数的shared\_ptr创建一个持有空指针的shared\_ptr。

shared\_ptr(Y \* p) 获得指向类型T的p指针的管理权，同时引用计数置为1。  
其中类型Y必须能转化为类型T。

shared\_ptr ( shared\_ptr const & r), 从另一个shared\_ptr获得指针的管理权，同时引用计数加1，结果是两个shared\_ptr指针共享一个指针的管理权。

shared\_ptr（std::auto\_ptr < Y > & r），从一个auto\_ptr获得指针的管理权，引用计数置为1，同时auto\_ptr失去指针的管理权。

“=” 赋值运算符，对于对象shared\_ptr和auto\_ptr，结果同构造函数。

> 当然，还有特殊的shared\_ptr（Y \* p，D d），第二个参数指定了析构时的一些特性，之后再做介绍。

#### reset（） ####

对于不带参数的reset（），效果是让引用数减1.

带参数的reset（）函数在原指针引用计数减1的同事，改为管理另一个指针，效果类比同样形式的构造函数。

#### 引用计数 ####

unique()返回当前指针是否引用了，如果引用了，则返回true，否则，返回false，高效操作。

use\_count() 较为低效率的操作，返回计数引用的指针数量，甚至有时候是不可用的。

#### 比较运算 ####

比较运算基于内部的指针，如a.get() == b.get().

还提供了唯一可以使用的比较运算符 " < "，因为提供了 " < " 操作，因此可以被用于某些内部的容器，比较set和map等等。

#### 类型转换 ####

在编写基于虚函数的多态代码时，指针的类型转换很重要，比如把一个基类指针转化为一个子类的指针，或者反过来。

但是对于shared\_ptr不能使用诸如

static_cast<T*> (p.get())

的形式。  
而要使用：

static_pointer_cast<T> ()
    const_pointer_cast<T> ()
    dynamic_pointer_cast<T> ()

分别对应标准的转型操作符：

static_cast<T> ()
    const_cast<T> ()
    dynamic_cast<T> ()

但以上操作符返回的类型都是shared\_ptr。

### 4.3 使用工厂模式 ###

#include <boost/make_shared.hpp>

make\_shared()函数可以接收最多十个参数，然后把他们传递给类型T的构造函数，创建一个shared\_ptr对象并返回。

make\_shared()函数要比直接创建shared\_ptr对象的方式更为高效，因为他内部仅仅分配了一次内存，消除了shared\_ptr构造时的开销。

#### 举个栗子 ####

#include <vector>
    
    #include <boost/smart_ptr.hpp>
    #include <boost/make_shared.hpp>
    
    using namespace boost;
    
    int main()
    {
        
    	shared_ptr<string> sp = make_shared<string>("Hello make_shared make me.");
    	shared_ptr<std::vector<int> > sp_vector = make_shared<std::vector<int> > (10, 2);
    	assert(spv->size() == 10);
    }

### 4.4 使用桥接模式 ###

#### 简要介绍 ####

桥接模式（bridge）是一种结构型的设计模式，把类之间的具体实现细节隐藏起来，以达到最小耦合的目的。  
在具体实践中，桥接模式也被称为pimpl或者handle/body惯用法，可以将文件的依赖关系降到最小，减少编译时间，可以不利用虚函数便能实现多态。

### 删除器 ###

#### 举个栗子 ####

shared_ptr<FILE> fp(fopen("./try.txt", 'r'), fclose);

当离开作用域时，shared\_ptr自动调用fclose来关闭文件。

### 4.5 shared\_array ###

用法如同scoped\_ptr，可以考虑更为安全的vecto，这里不做详细介绍。

## 5. weak\_ptr ##

### 5.1 基本介绍 ###

协助shared\_ptr使用，像旁观者一样观测资源的使用情况。