Maxbad`Blog

c++智能指针

2020-10-13 · 7 min read

文章来源:https://www.zhihu.com/question/319277442/answer/1517987598

std::unique_ptr

std::unique_ptr 对其持有的堆内存具有唯一拥有权，也就是说引用计数永远是 1，std::unique_ptr 对象销毁时会释放其持有的堆内存。

可以使用以下方式初始化一个 std::unique_ptr 对象：

//初始化方式1
std::unique_ptr<int> sp1(new int(123));

//初始化方式2
std::unique_ptr<int> sp2;
sp2.reset(new int(123));

//初始化方式3
std::unique_ptr<int> sp3 = std::make_unique<int>(123);  // C++14支持

你应该尽量使用初始化方式 3 的方式去创建一个 std::unique_ptr 而不是方式 1 和 2，因为形式 3 更安全，原因 Scott Meyers 在其《Effective Modern C++》中已经解释过了，有兴趣的读者可以阅读此书相关章节。

自定义释放器

auto delete_Investment = [](Investment* pInv)

{

       pInv->getObjectType();

       delete pInv;

    };

    unique_ptr<Investment,decltype(delete_Investment)> pInvest(nullptr,delete_Investment);

        或者也可以使用函数指针

    void deleteInv(Investment* pInv) {}

    std::unique_ptr<Investment,void(*)(Investment*)>ptr(nullptr,deleteInv) ;

std::shared_ptr

std::unique_ptr 对其持有的资源具有独占性，而 std::shared_ptr 持有的资源可以在多个 std::shared_ptr 之间共享，每多一个 std::shared_ptr 对资源的引用，资源引用计数将增加 1，每一个指向该资源的 std::shared_ptr 对象析构时，资源引用计数减 1，最后一个 std::shared_ptr 对象析构时，发现资源计数为 0，将释放其持有的资源。多个线程之间，递增和减少资源的引用计数是安全的。（注意：这不意味着多个线程同时操作 std::shared_ptr 引用的对象是安全的）。std::shared_ptr 提供了一个 use_count() 方法来获取当前持有资源的引用计数。除了上面描述的，std::shared_ptr 用法和 std::unique_ptr 基本相同。

下面是一个初始化 std::shared_ptr 的示例：

//初始化方式1
std::shared_ptr<int> sp1(new int(123));

//初始化方式2
std::shared_ptr<int> sp2;
sp2.reset(new int(123));

//初始化方式3
std::shared_ptr<int> sp3;
sp3 = std::make_shared<int>(123);

和 std::unique_ptr 一样，你应该优先使用 std::make_shared 去初始化一个 std::shared_ptr 对象。

实际开发中，有时候需要在类中返回包裹当前对象（this）的一个 std::shared_ptr 对象给外部使用，C++ 新标准也为我们考虑到了这一点，有如此需求的类只要继承自 std::enable_shared_from_this 模板对象即可。用法如下：

#include <iostream>
#include <memory>

class A : public std::enable_shared_from_this<A>
{
public:
    A()
    {
        std::cout << "A constructor" << std::endl;
    }

    ~A()
    {
        std::cout << "A destructor" << std::endl;
    }

    std::shared_ptr<A> getSelf()
    {
        return shared_from_this();
    }
};

int main()
{
    std::shared_ptr<A> sp1(new A());

    std::shared_ptr<A> sp2 = sp1->getSelf();

    std::cout << "use count: " << sp1.use_count() << std::endl;

    return 0;
}

上述代码中，类 A 的继承 std::enable_shared_from_this 并提供一个 getSelf() 方法返回自身的 std::shared_ptr 对象，在 getSelf() 中调用 shared_from_this() 即可。

std::enable_shared_from_this 用起来比较方便，但是也存在很多不易察觉的陷阱。
陷阱一：不应该共享栈对象的 this 给智能指针对象
陷阱二：避免 std::enable_shared_from_this 的循环引用问题

std::weak_ptr

std::weak_ptr 是一个不控制资源生命周期的智能指针，是对对象的一种弱引用，只是提供了对其管理的资源的一个访问手段，引入它的目的为协助 std::shared_ptr 工作。

std::weak_ptr 可以从一个 std::shared_ptr 或另一个 std::weak_ptr 对象构造，std::shared_ptr 可以直接赋值给 std::weak_ptr ，也可以通过 std::weak_ptr 的 lock() 函数来获得 std::shared_ptr。它的构造和析构不会引起引用计数的增加或减少。std::weak_ptr 可用来解决 std::shared_ptr 相互引用时的死锁问题（即两个std::shared_ptr 相互引用，那么这两个指针的引用计数永远不可能下降为 0，资源永远不会释放）。

示例代码如下：

#include <iostream>
#include <memory>

int main()
{
    //创建一个std::shared_ptr对象
    std::shared_ptr<int> sp1(new int(123));
    std::cout << "use count: " << sp1.use_count() << std::endl;

    //通过构造函数得到一个std::weak_ptr对象
    std::weak_ptr<int> sp2(sp1);
    std::cout << "use count: " << sp1.use_count() << std::endl;

    //通过赋值运算符得到一个std::weak_ptr对象
    std::weak_ptr<int> sp3 = sp1;
    std::cout << "use count: " << sp1.use_count() << std::endl;

    //通过一个std::weak_ptr对象得到另外一个std::weak_ptr对象
    std::weak_ptr<int> sp4 = sp2;
    std::cout << "use count: " << sp1.use_count() << std::endl;

    return 0;

// 执行结果如下:
//use count: 1
//use count: 1
//use count: 1
//use count: 1
}

无论通过何种方式创建 std::weak_ptr 都不会增加资源的引用计数，因此每次输出引用计数的值都是 1。
既然，std::weak_ptr 不管理对象的生命周期，那么其引用的对象可能在某个时刻被销毁了，如何得知呢？std::weak_ptr 提供了一个 expired() 方法来做这一项检测，返回 true，说明其引用的资源已经不存在了；返回 false，说明该资源仍然存在，这个时候可以使用 std::weak_ptr 的 lock() 方法得到一个 std::shared_ptr 对象然后继续操作资源，以下代码演示了该用法：

//tmpConn_ 是一个 std::weak_ptr<TcpConnection> 对象
//tmpConn_引用的TcpConnection已经销毁，直接返回
if (tmpConn_.expired())
    return;

std::shared_ptr<TcpConnection> conn = tmpConn_.lock();
if (conn)
{
    //对conn进行操作，省略...
}

有读者可能对上述代码产生疑问，既然使用了 std::weak_ptr 的 expired() 方法判断了对象是否存在，为什么不直接使用 std::weak_ptr 对象对引用资源进行操作呢？实际上这是行不通的，std::weak_ptr 类没有重写 operator-> 和 operator 方法，因此不能像 std::shared_ptr 或 std::unique_ptr 一样直接操作对象，同时 std::weak_ptr 类也没有重写 operator! 操作，因此也不能通过 std::weak_ptr* 对象直接判断其引用的资源是否存在：

#include <memory>

class A
{
public:
    void doSomething()
    {

    }
};

int main()
{    
    std::shared_ptr<A> sp1(new A());

    std::weak_ptr<A> sp2(sp1);

    //正确代码
    if (sp1)
    {
        //正确代码
        sp1->doSomething();
        (*sp1).doSomething();
    }

    //正确代码
    if (!sp1)
    {

    }

    //错误代码，无法编译通过
    //if (sp2)
    //{
    //    //错误代码，无法编译通过
    //    sp2->doSomething();
    //    (*sp2).doSomething();
    //}

    //错误代码，无法编译通过
    //if (!sp2)
    //{

    //}

    return 0;
}

std::unique_ptr
std::shared_ptr
std::weak_ptr