stl中auto_ptr,unique_ptr,shared_ptr,weak_ptr四种智能指针使用

待我称王封你为后i 2023-06-09 14:28 13阅读 0赞

**1. auto\_ptr**  
auto\_ptr主要是用来解决资源自动释放的问题，比如如下代码：

void Function()
    {
    Obj*p = new Obj(20);
    ...
    if (error occor)
    throw ... 或者 retrun;
    delete p;
    }

在函数遇到错误之后，一般会抛异常，或者返回，但是这时很可能遗漏之前申请的资源，及时是很有经验的程序员也有可能出现这种错误，  
而使用auto\_ptr会在自己的析够函数中进行资源释放。也就是所说的RAII  
使用auto\_ptr代码如下

void Function()
    {
    auto_ptr<Obj> ptr( new Obj(20) );
    ...
    if (error occur)
    throw exception...
    }

这样无论函数是否发生异常，在何处返回，资源都会自动释放。  
需要提一下的是这是一个被c++11标准废弃的一个智能指针，为什么会被废弃，先看一下下面的代码：

auto_ptr<Obj> ptr1( new Obj() );
    ptr1->FuncA();
    auto_ptr<Obj> ptr2 = ptr1;
    ptr2->FuncA();
    ptr1->FuncA();  // 这句话会异常

为什么在把ptr1复制给ptr2之后ptr1再使用就异常了呢？  
这也正是他被抛弃的主要原因。  
因为auto\_ptr复制构造函数中把真是引用的内存指针进行的转移，也就是从ptr1转移给了ptr2,此时，ptr2引用了Obj内存地址，而ptr1引用的内存地址为空，、  
此时再使用ptr1就异常了。

**2. unique\_ptr**  
unique\_ptr可以看成是auto\_ptr的替代品。因为他对对象的所有权比较专一，所以才叫unique 大笑  
i) 无法进行复制构造和赋值操作  
auto\_ptr与unique\_ptr的对比：  
auto\_ptr<Obj> ap(new Obj() );  
auto\_ptr<Obj> one (ap) ; // ok  
auto\_ptr<Obj> two = one; //ok

unique\_ptr<Obj> ap(new Obj() );  
unique\_ptr<Obj> one (ap) ; // 会出错  
unique\_ptr<Obj> two = one; //会出错  
也就是说unique\_ptr对对象的引用比较专一，不允许随随便便的进行转移  
ii) 可以进行移动构造和移动赋值操作

unique_ptr<Obj> GetObj()
    {
    unique<Obj> ptr( new Obj() );
    return ptr;
    }
    unique<Obj> ptr = GetObj();

上面的代码可以顺利执行！  
什么是移动构造和移动赋值呢？ 这得益于C++11的标准规范。这个知识点可以参考参考网址中的第三个。  
那么如果万一我就是需要把一个unique\_ptr智能指针赋值给另外一个怎么办呢？  
可以使用移动函数！如下：

unique<Obj> ptr1( new Obj() );
    unique<Obj> ptr2( std::move(ptr1) );

这个效果和auto\_ptr直接赋值是一样的，就是ptr1不再拥有Obj对象了，所以ptr1不能再用来操作内存中的Obj对象，因为这个是手动操作的，  
所以程序员自己也会更加小心。

**3. shared\_ptr**  
auto\_ptr和unique\_ptr都只能一个智能指针引用对象，而shared\_ptr则是可以多个智能指针同时拥有一个对象。  
shared\_ptr实现方式就是使用引用计数。这一技术在COM中是用来管理COM对象生命周期的一个方式。  
引用计数的原理是，多个智能指针同时引用一个对象，每当引用一次，引用计数加一，每当智能指针销毁了，引用计数就减一，  
当引用计数减少到0的时候就释放引用的对象。这种引用计数的增减发生在智能指针的构造函数，复制构造函数，赋值操作符，析构函数中。  
这种方式使得多个智能指针同时对所引用的对象有拥有权，同时在引用计数减到0之后也会自动释放内存，也实现了auto\_ptr和unique\_ptr的资源释放的功能。

void Function()
     {
      shared_ptr<Obj> ptr1( new Obj() ); // 引用计数为1
    
      shared_ptr<Obj> ptr2( ptr1 ); // 引用计数为2
    
      shared_ptr<Obj> ptr3 = ptr2; // 引用计数为3
      int e = 0
    
      //引用计数为2
    
      //引用计数为1
    }
    //函数返回之后引用计数为0，new 出来的Obj内存已经释放了

由于shared\_ptr支持复制构造，所以他可以作为标准库容器中的元素

vector<shared_ptr<Obj>> vect;
    for (int i = 0; i < 10; ++i)
    {
    vect.push_back( shared_ptr<Obj>( new Obj() ) );
    }
    vector<shared_ptr<Obj>> vect2 = vect;

这些操作是auto\_ptr和unique\_ptr不能实现的。  
注意，智能指针默认使用delete来释放资源，如果资源是FILE\*怎么办？释放的时候就需要用fclose了。  
如何实现呢？  
shared\_ptr构造函数可以传递一个删除器。

FILE* pStm = fopen(...);
    shared_ptr<FILE> fileRes(pStm, &fclose);

或者使用一个仿函数

class FileCloser { 
         public: 
            void operator()(FILE* file) 
           { 
             std::cout << "The FileCloser has been called with a FILE*, " "which will now be closed.\n"; 
           if (file!=0)  
               fclose(file); 
           } 
         }; 
    shared_ptr<FILE> fileRes(pStm, FileCloser);

关于这点看一参考这篇文章： http://www.cnblogs.com/learn-my-life/p/3817151.html

4. weak\_ptr  
shared\_ptr是一种强引用的关系，智能指针直接引用对象。那么这个会代码一个隐含的问题，就是循环引用，从而造成内存泄漏，即便是java语言有自己的  
垃圾回收器，对这种内存泄漏也没有办法，所以循环引用对java程序员来说也是一个很值得注意的问题。首先来看一个循环引用的例子。

class Parent
    {
    public:
        shared_ptr<Child> child;
    };
    
    class Child
    {
    public:
        shared_ptr<Parent> parent;
    };
    
    void Function()
    {
    shared_ptr<Parent> pA(new Parent);
    shared_ptr<Child> pB(new Child);
    pA->child = pB;
    pB->parent = pA;
    }

现在来分析一下Function函数的执行过程：  
1. 第一条语句使得pA引用了Parent一个指针，Parent引用计数为1  
2. 第二条语句使得pB引用了Child一个指针，Child引用计数为1  
3. 第三条语句，调用了shared\_ptr<Child>类的赋值操作符，使得Child引用计数变为2  
4. 第四条语句，调用了shared\_ptr<Parent>类的赋值操作符，使得Parent引用计数变为2  
5. 函数返回之前调用了shared\_ptr<Parent>和shared\_ptr<Child>类的析够函数，使得Child引用计数变为1，Parent引用计数变为1  
看！函数执行完之后new出来的Parent和Child并没有释放，所以出现了内存泄漏。  
出现泄漏的原因就是pA和pB相互引用了，导致两者所引用对象的引用计数不能减少到0，造成泄漏。  
如果把第三条语句或者第四条语句任意删除一个，就不会有泄漏了。  
这就是强引用所带来的问题。  
weak\_ptr从字面意思上可以看出是一个弱指针，不是说明这个指针的能力比较弱，而是说他对他所引用的对象的所有权比较弱，  
说得更直接一点儿就是他并不拥有所引用对象的所有权，而且他还不能直接使用他所引用的对象。

在stl中，weak\_ptr是和shared\_ptr配合使用的，在实现shared\_ptr的时候也就考虑了weak\_ptr的因素。  
weak\_ptr是shared\_ptr的观察者，它不会干扰shared\_ptr所共享对象的所有权，  
当一个weak\_ptr所观察的shared\_ptr要释放它的资源时，它会把相关的weak\_ptr的指针设置为空，防止weak\_ptr持有悬空的指针。  
注意：weak\_ptr并不拥有资源的所有权，所以不能直接使用资源。  
可以从一个weak\_ptr构造一个shared\_ptr以取得共享资源的所有权。

void Function()
    {
     shared_ptr<int> sp( new Obj() );
     assert(sp.use_count() == 1);
     weak_ptr<int> wp(sp); //从shared_ptr创建weak_ptr
     assert(wp.use_count() == 1);
     if (!wp.expired())//判断weak_ptr观察的对象是否失效
     {
      shared_ptr<int> sp2 = wp.lock();//获得一个shared_ptr
      *sp2 = 100;
      assert(wp.use_count() == 2);
     }
     assert(wp.use_count() == 1);
     return 0;
    }

weak\_ptr并没有重载-> 和 \* 操作符，所以我们不能通过他来直接使用资源，我们可以通过lock来获得一个shared\_ptr对象  
来对资源进行使用，如果引用的资源已经释放，lock()函数将返回一个存储空指针的shared\_ptr。 expired函数用来判断资源是否失效。  
使用weak\_ptr并不会增加资源的引用计数。所以对资源的引用是弱引用，利用这个特性可以解决前面所说的循环依赖问题。

class Parent
    {
    public:
        weak_ptr<Child> child;
    };
    
    class Child
    {
    public:
        weak_ptr<Parent> parent;
    };
    
    void Function()
    {
    shared_ptr<Parent> pA(new Parent);
    shared_ptr<Child> pB(new Child);
    pA->child = pB;
    pB->parent = pA;
    }

这个时候第三和第四条语句的执行并没有增加引用计数，从而在函数执行完成只有能自动释放内存。  
从上面的分析可以看出，weak\_ptr是一种辅助shared\_ptr的一种智能指针，一般不单独使用，而是结合  
shared\_ptr一起使用。

总结：  
1. 尽量使用unique\_ptr而不要使用auto\_ptr  
2. 一般来说shared\_ptr能够满足我们大部分的需求  
3. weak\_ptr可以避免递归的依赖关系

参考网址：  
1. http://www.jellythink.com/archives/684  
2. http://www.jellythink.com/archives/673  
3. http://www.cnblogs.com/TianFang/archive/2013/01/26/2878356.html （c++右值引用相关知识点）  
4. http://www.cnblogs.com/learn-my-life/p/3817151.html  
5. http://blog.csdn.net/hp\_truth/article/details/40511617  
6. http://www.cppblog.com/deane/archive/2010/02/25/108428.html（c++临时对象相关知识点）  
7. http://blog.csdn.net/mmzsyx/article/details/8090849  
8. http://www.cnblogs.com/learn-my-life/p/3817279.html