C++學習之移動語義與智能指針詳解
移動語義
1.幾個基本概念的理解
(1)可以取地址的是左值，不能取地址的就是右值,右值可能存在寄存器，也可能存在于棧上(短暫存在棧)上
(2)右值包括：臨時對象、匿名對象、字面值常量
(3)const 左值引用可以綁定到左值與右值上面，稱為萬能引用。正因如此，也就無法區(qū)分傳進來的參數(shù)是左值還是右值。
const int &ref = a;//const左值引用可以綁定到左值 const int &ref1 = 10;//const左值引用可以綁定到右值
(4)右值引用:只能綁定到右值不能綁定到左值
2.移動構(gòu)造函數(shù)
注意：
移動函數(shù)(移動構(gòu)造函數(shù)和移動賦值運算符函數(shù))優(yōu)先于復制函數(shù)(拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值運算符函數(shù))的執(zhí)行；具有移動語義的函數(shù)(移動構(gòu)造函數(shù)和移動賦值運算符函數(shù))優(yōu)先于具有復制控制語義函數(shù)(拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值運算符函數(shù))的執(zhí)行
String(String &&rhs)
: _pstr(rhs._pstr)
{
cout << "String(String &&)" << endl;
rhs._pstr = nullptr;
}
3.移動賦值函數(shù)
String &operator=(String &&rhs)
{
cout << "String &operator=(String &&)" << endl;
if(this != &rhs)//1、自移動
{
delete [] _pstr;//2、釋放左操作數(shù)
_pstr = nullptr;
_pstr = rhs._pstr;//3、淺拷貝
rhs._pstr = nullptr;
}
return *this;//4、返回*this
}
4.std::move函數(shù)
std::move:
原理：將左值轉(zhuǎn)換為右值，在內(nèi)部其實上是做了一個強制轉(zhuǎn)換，static_cast<T &&>(lvaule)。將左值轉(zhuǎn)換為右值后，左值就不能直接使用了，如果還想繼續(xù)使用，必須重新賦值。std::move()作用于內(nèi)置類型沒有任何作用，內(nèi)置類型本身是左值還是右值，經(jīng)過std::move()后不會改變。
5.面試題，關(guān)于實現(xiàn)String
#include <iostream>
#include <string>
using std::string;
using std::cout;
using std::endl;
class String
{
public:
//(當傳遞右值的時候)具有移動語義的函數(shù)優(yōu)先于具有復制控制語義的函數(shù)
//移動構(gòu)造函數(shù)(只針對右值)
String(String &&rhs)
: _pstr(rhs._pstr)
{
cout << "String(String &&)" << endl;
rhs._pstr = nullptr;
}
//移動賦值運算符函數(shù)(傳入右值)
String &operator=(String &&rhs)
{
cout << "String &operator=(String &&)" << endl;
if(this!=&rhs){ //不能自復制
delete [] _pstr;//釋放左操作數(shù)
_pstr = nullptr;
_pstr=rhs._pstr;//轉(zhuǎn)移右操作的資源
rhs._pstr=nullptr;//釋放右值
}
return *this;
}
private:
char* _pstr;
};
資源管理和智能指針
一、C語言中的問題
C語言在對資源管理的時候，比如文件指針，由于分支較多，或者由于寫代碼的人與維護的人不一致，導致分支沒有寫的那么完善，從而導致文件指針沒有釋放，所以可以使用C++的方式管理文件指針。。。
class SafeFile
{
public:
//在構(gòu)造的時候托管資源(fp)
SafeFile(FILE *fp)
: _fp(fp)
{
cout << "SafeFile(FILE *)" << endl;
if(nullptr==fp)
{
cout << "nullptr == _fp " << endl;
}
}
//提供若干訪問資源的方法
void write(const string &msg)
{
fwrite(msg.c_str(),1,msg.size(),_fp); //調(diào)用c語言的函數(shù)往_fp輸入數(shù)據(jù)
}
//在銷毀(析構(gòu))時候釋放資源(fp)
~SafeFile()
{
cout << "~SafeFile()" << endl;
if(_fp)
{
fclose(_fp);
cout << "fclose(_fp)" << endl;
}
}
private:
FILE *_fp;
};
void test()
{
string s1 = "hello,world\n";
SafeFile sf(fopen("text.txt","a+"));
sf.write(s1);
}
二、C++的解決辦法（RAII技術(shù)）
1)概念：資源管理 RAII 技術(shù)，利用對象的生命周期管理程序資源(包括內(nèi)存、文件句柄、鎖等)的技術(shù),因為對象在離開作用域的時候，會自動調(diào)用析構(gòu)函數(shù)
2)關(guān)鍵：要保證資源的釋放順序與獲取順序嚴格相反。。正好是析構(gòu)函數(shù)與構(gòu)造函數(shù)的作用
3)RAII常見特征
1、在構(gòu)造時初始化資源，或者托管資源。
2、析構(gòu)時釋放資源。
3、一般不允許復制或者賦值(值語義-對象語義)
4、提供若干訪問資源的方法。
4)區(qū)分：值語義：可以進行復制與賦值。
5)對象語義：不能進行復制與賦值，一般使用兩種方法達到要求：
(1)、將拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值運算符函數(shù)設(shè)置為私有的就 ok 。
(2)、將拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值運算符函數(shù)使用=delete.
6)RAII技術(shù)代碼
template <typename T>
class RAII
{
public:
//通過構(gòu)造函數(shù)托管資源
RAII(T *data)
: _data(data)
{
std::cout<< "RAII(T *)" << std::endl;
}
//訪問資源的方法
T *operator->()
{
return _data;
}
T &operator*()
{
return *_data;
}
T *get()const
{
return _data;
}
void reset(T *data)
{
if(_data)
{
delete _data;
_data = nullptr;
}
_data = data;
}
//不能賦值和復制
RAII(const RAII&rhs) = delete;
RAII&operator=(const RAII&rhs)=delete;
//通過析構(gòu)函數(shù)釋放資源
~RAII()
{
cout << "~RAII()" << endl;
if(_data)
{
delete _data;
_data = nullptr;
}
}
private:
T *_data;
};
void test3()
{
//這里沒給出Point類的實現(xiàn)方式
RAII<Point> ppt(new Point(1,2));
cout<<"ppt = ";
ppt->print();
cout<<endl;
}
三、四種智能指針
RAII的對象ppt就有智能指針的雛形。
1、auto_ptr.cc
最簡單的智能指針，使用上存在缺陷，所以被棄用。。。(C++17已經(jīng)將其刪除了)
2、unique_ptr
比auto_ptr安全多了，明確表明是獨享所有權(quán)的智能指針，所以不能進行復制與賦值。
unique_ptr<int> up(new int(10));
cout<<"*up="<<*up<<endl; //打印10
cout<<"up.get() = "<<up.get()<<endl; //獲取托管的指針的值,也就是10的地址
cout << endl << endl;
/* unique_ptr<int> up2(up);//error,獨享資源的所有權(quán),不能進行復制 */
unique_ptr<int> up4(std::move(up)); //通過移動語義轉(zhuǎn)移up的所有權(quán)
cout<<"*up="<<*up4<<endl;
cout<<"up.get() = "<<up4.get()<<endl;
unique_ptr<Point> up5(new Point(3,4));//通過移動語義轉(zhuǎn)移up的所有權(quán)
vector<unique_ptr<Point>> numbers;
numbers.push_back(unique_ptr<Point>(new Point(1,2)));
numbers.push_back(std::move(up5));
3、shared_ptr
shared_ptr<int> sp(new int(10));
cout << "*sp = " << *sp << endl; //打印10
cout << "sp.get() = " << sp.get() << endl; //地址
cout << "sp.use_count() = " << sp.use_count() << endl; //引用次數(shù)為1
cout<<endl<<endl;
//提前結(jié)束棧對象
{
shared_ptr<int> sp2(sp);//共享所有權(quán),使用淺拷貝
cout << "*sp = " << *sp << endl;
cout << "sp.get() = " << sp.get() << endl;
cout << "sp.use_count() = " << sp.use_count() << endl;
cout << "*sp2 = " << *sp2 << endl;
cout << "sp2.get() = " << sp2.get() << endl; //地址都一樣
cout << "sp2.use_count() = " << sp2.use_count() << endl; //引用次數(shù)加1，變?yōu)?了
}
cout << "sp.use_count() = " << sp.use_count() << endl; //又變?yōu)?了
cout << endl << endl;
shared_ptr<Point> sp4(new Point(3.4));//通過移動語義轉(zhuǎn)移sp的所有權(quán)
vector<shared_ptr<Point>> numbers;
numbers.push_back(shared_ptr<Point> (new Point(1,2)));
numbers.push_back(sp4);
numbers[0]->print();
numbers[1]->print();
3.1、循環(huán)引用
該智能指針在使用的時候，會使得引用計數(shù)增加，從而會出現(xiàn)循環(huán)引用的問題，兩個shared_ptr智能指針互指，導致引用計數(shù)增加，不能靠對象的銷毀使得引用計數(shù)變?yōu)?，從而導致內(nèi)存泄漏。。
class Child;
class Parent
{
public:
Parent()
{
cout << "Parent()" << endl;
}
~Parent()
{
cout << "~Parent()" << endl;
}
shared_ptr<Child> pParent;
};
class Child
{
public:
Child()
{
cout << "Child()" << endl;
}
~Child()
{
cout << "~Child()" << endl;
}
shared_ptr<Parent> pChild;
};
void test()
{
//循環(huán)引用可能導致內(nèi)存泄漏
shared_ptr<Parent> parentPtr(new Parent());
shared_ptr<Child> childPtr(new Child());
cout << "parentPtr.use_count() = " << parentPtr.use_count() << endl;
cout << "childPtr.use_count() = " << childPtr.use_count() << endl;
cout << endl << endl;
parentPtr->pParent = childPtr;//sp = sp
childPtr->pChild = parentPtr;
cout << "parentPtr.use_count() = " << parentPtr.use_count() << endl;
cout << "childPtr.use_count() = " << childPtr.use_count() << endl;
}
1.解決循環(huán)引用的辦法是使得其中一個改為weak_ptr，不會增加引用計數(shù)，這樣可以使用對象的銷毀而打破引用計數(shù)減為0的問題。。
2.修改： shared_ptr pChild;改為 weak_ptr pChild;即可解決循環(huán)引用的問題。。
parentPtr->pParent = childPtr;//sp = sp childPtr->pChild = parentPtr;//wp = sp,weak_ptr不會導致引用計數(shù)加1
4、weak_ptr
與shared_ptr相比，稱為弱引用的智能指針，shared_ptr是強引用的智能指針。weak_ptr不會導致引用計數(shù)增加，但是它不能直接獲取資源，必須通過lock函數(shù)從wp提升為sp，從而判斷共享的資源是否已經(jīng)銷毀
weak_ptr<Point> wp
{
shared_ptr<Point> sp(new Point(1,2));
wp = sp;
cout << "wp.use_count = " << wp.use_count() << endl;
cout << "sp.use_count = " << sp.use_count() << endl;
cout<<"wp.expired = "<<wp.expired()<<endl;//此方法等同于use_count()==0?
//等于0表示false，空間還存在
//不等0表示true，空間已經(jīng)不存在了
//expired = use_count
shared_ptr<Point> sp2 = wp.lock();//判斷共享的資源是否已經(jīng)銷毀的方式就是從wp提升為sp
if(sp2)
{
cout << "提升成功" << endl;
}
else
{
cout << "提升失敗" << endl;
}
}
四、為智能指針定制刪除器
1)很多時候我們都用new來申請空間，用delete來釋放。庫中實現(xiàn)的各種智能指針，默認也都是用delete來釋放空間，但是若我們采用malloc申請的空間或是用fopen打開的文件，這時我們的智能指針就無法來處理，因此我們需要為智能指針定制刪除器，提供一個可以自由選擇析構(gòu)的接口，這樣，我們的智能指針就可以處理不同形式開辟的空間以及可以管理文件指針。
2)自定義智能指針的方式有兩種:
(1)函數(shù)指針
(2)仿函數(shù)(函數(shù)對象)
函數(shù)指針的形式：
template<class T>
void Free(T* p)
{
if (p)
free(p);
}
template<class T>
void Del(T* p)
{
if (p)
delete p;
}
void FClose(FILE* pf)
{
if (pf)
fclose(pf);
}
//定義函數(shù)指針的類型
typedef void(*DP)(void*);
template<class T>
class SharedPtr
{
public:
SharedPtr(T* ptr = NULL ,DP dp=Del)
:_ptr(ptr)
, _pCount(NULL)
, _dp(dp)
{
if (_ptr != NULL)
{
_pCount = new int(1);
}
}
private:
void Release()
{
if (_ptr&&0==--GetRef())
{
//delete _ptr;
_dp(_ptr);
delete _pCount;
}
}
int& GetRef()
{
return *_pCount;
}
private:
T* _ptr;
int* _pCount;
DP _dp;
};
仿函數(shù)(函數(shù)對象)
關(guān)于刪除器的使用
五、智能指針的誤用
1、同一個裸指針被不同的智能指針托管，導致被析構(gòu)兩次。
1.1、直接使用
1.2、間接使用
2、還是裸指針被智能指針托管形式，但是比較隱蔽。。。
class Point
: public std::enable_shared_from_this<Point>
{
public:
Point(int ix = 0, int iy = 0)
: _ix(ix)
, _iy(iy)
{
cout << "Point(int = 0, int = 0)" << endl;
}
void print() const
{
cout << "(" <<_ix
<< "," << _iy
<< ")" << endl;
}
/* Point *addPoint(Point *pt) */
shared_ptr<Point> addPoint(Point *pt)
{
_ix += pt->_ix;
_iy += pt->_iy;
//this指針是一個裸指針
/* return shared_ptr<Point>(this); */
return shared_from_this();
}
~Point()
{
cout << "~Point()" << endl;
}
private:
int _ix;
int _iy;
};
void test3()
{
shared_ptr<Point> sp1(new Point(1, 2));
cout << "sp1 = ";
sp1->print();
cout << endl;
shared_ptr<Point> sp2(new Point(3, 4));
cout << "sp2 = ";
sp2->print();
cout << endl;
shared_ptr<Point> sp3(sp1->addPoint(sp2.get()));
cout << "sp3 = ";
sp3->print();
}
總結(jié)
到此這篇關(guān)于C++學習之移動語義與智能指針的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++移動語義與智能指針內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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