C++的智能指針你真的了解嗎

更新時(shí)間：2022年03月31日 12:58:30 作者：悲傷土豆拌飯

這篇文章主要為大家詳細(xì)介紹了C++的智能指針，文中示例代碼介紹的非常詳細(xì)，具有一定的參考價(jià)值，感興趣的小伙伴們可以參考一下，希望能夠給你帶來幫助

什么是RAII

RAII（Resource Acquisition Is Initialization）是由C++之父提出的，中文翻譯為資源獲取即初始化，使用局部對(duì)象來管理資源的技術(shù)稱為資源獲取即初始化；這里的資源主要是指操作系統(tǒng)中有限的東西如內(nèi)存（heap）、網(wǎng)絡(luò)套接字、互斥量、文件句柄等等，局部對(duì)象是指存儲(chǔ)在棧的對(duì)象，它的生命周期是由操作系統(tǒng)來管理的，無需人工介入

RAII的原理

資源的使用一般經(jīng)歷三個(gè)步驟：

獲取資源（創(chuàng)建對(duì)象）
使用資源
銷毀資源（析構(gòu)對(duì)象）

但是資源的銷毀往往是程序員經(jīng)常忘記的一個(gè)環(huán)節(jié)，所以程序界就想如何在程序中讓資源自動(dòng)銷毀呢？解決問題的方案就是：RAII，它充分的利用了C++語言局部對(duì)象自動(dòng)銷毀的特性來控制資源的生命周期

裸指針存在的問題

1.難以區(qū)分指向的是單個(gè)對(duì)象還是一個(gè)數(shù)組

2.使用完指針之后無法判斷是否應(yīng)該銷毀指針，因?yàn)闊o法判斷指針是否”擁有“指向的對(duì)象

3.在已經(jīng)確定需要銷毀指針的情況下，也無法確定是用delete關(guān)鍵字刪除，還是有其他特殊的銷毀機(jī)制，例如通過將指針傳入某個(gè)特定的銷毀函數(shù)來摧毀指針

4.即使已經(jīng)確定了銷毀指針的方法，由于1的原因，仍然無法確定到底是i用delete（銷毀單個(gè)對(duì)象）還是delete[]（銷毀一個(gè)數(shù)組）

5.假設(shè)上述的問題都解決了，也很難保證在代碼的所有路徑中（分支結(jié)構(gòu)，異常導(dǎo)致的挑戰(zhàn)），有且僅有一次銷毀指針的操作；任何一條路徑遺漏都可能導(dǎo)致內(nèi)存的泄露，而銷毀多次則會(huì)導(dǎo)致未定義行為

6.理論上沒有方法來分辨一個(gè)指針是否處于懸掛狀態(tài)

auto_ptr

class Object
{
	int value;
public:
	Object(int x = 0) :value(x)
	{
		cout << "Create Object:" << this << endl;
	}
	~Object()
	{
		cout << "Destory Object:" << this << endl;
	}
	int& Value()
	{
		return value;
	}
};

template<class _Ty>
class my_auto_ptr
{
private:
	bool _Owns;
	_Ty* _Ptr;
public:
	my_auto_ptr(_Ty* p = NULL) :_Owns(p != NULL), _Ptr(p)
	{}
	~my_auto_ptr()
	{
		if (_Owns)
		{
			delete _Ptr;
		}
		_Owns = false;
		_Ptr = NULL;
	}
};

void fun()
{
	my_auto_ptr<Object> obj(new Object(10));
}

int main()
{
	fun();
}

在這里插入圖片描述

在這里將Object構(gòu)建完成后，將其指針給到p，當(dāng)函數(shù)結(jié)束去調(diào)動(dòng)智能指針的析構(gòu)函數(shù)去釋放空間

若我們需要在fun()函數(shù)中，去調(diào)用Object類的方法obj->Value();

class Object
{
	int value;
public:
	Object(int x = 0) :value(x)
	{
		cout << "Create Object:" << this << endl;
	}
	~Object()
	{
		cout << "Destory Object:" << this << endl;
	}
	int& Value()
	{
		return value;
	}
};

template<class _Ty>
class my_auto_ptr
{
private:
	bool _Owns;
	_Ty* _Ptr;
public:
	my_auto_ptr(_Ty* p = NULL) :_Owns(p != NULL), _Ptr(p)
	{}
	~my_auto_ptr()
	{
		if (_Owns)
		{
			delete _Ptr;
		}
		_Owns = false;
		_Ptr = NULL;
	}
	_Ty* get()const
	{
		return _Ptr;
	}
	_Ty& operator*()const
	{
		return *(get());
	}
	_Ty* operator ->()const
	{
		return get();
	}
};

void fun()
{
	my_auto_ptr<Object> obj(new Object(10));
	cout << obj->Value() << endl;
	cout << (*obj).Value() << endl;
}

int main()
{
	fun();
}

在這里插入圖片描述

通過運(yùn)算符重載，(*obj) 后將直接指向堆區(qū)(heap)的對(duì)象實(shí)體

若我們通過一個(gè)my_auto_ptr去創(chuàng)建另一個(gè)my_auto_ptr

class Object
{
	int value;
public:
	Object(int x = 0) :value(x)
	{
		cout << "Create Object:" << this << endl;
	}
	~Object()
	{
		cout << "Destory Object:" << this << endl;
	}
	int& Value()
	{
		return value;
	}
};

template<class _Ty>
class my_auto_ptr
{
private:
	bool _Owns;
	_Ty* _Ptr;
public:
	my_auto_ptr(_Ty* p = NULL) :_Owns(p != NULL), _Ptr(p)
	{}
	~my_auto_ptr()
	{
		if (_Owns)
		{
			delete _Ptr;
		}
		_Owns = false;
		_Ptr = NULL;
	}
	my_auto_ptr(const my_auto_ptr& obj):_Owns(obj._Owns),_Ptr(obj._ptr)
	{	
	}
	my_auto_ptr& operator=(const my_auto_ptr& _Y)
	{
		if(this == &_Y) return *this;
		if(_Owns)
		{
			delete _Ptr;
		}
		_Owns = _Y._Owns;
		_Ptr = _Y._Ptr;
		return 0;
	}

	_Ty* get()const
	{
		return _Ptr;
	}
	_Ty& operator*()const
	{
		return *(get());
	}
	_Ty* operator ->()const
	{
		return get();
	}
	void reset(_Ty* p = NULL)
	{
		if (_Owns)
		{
			delete _Ptr;
		}
		_Ptr = p;
	}
	_Ty* release()const
	{
		_Ty* tmp = NULL;
		if (_Owns)
		{
			((my_auto_ptr*)this)->_Owns = false; //常性進(jìn)行修改
			tmp = _Ptr;
			((my_auto_ptr*)this)->_Ptr = NULL;
		}
		return tmp;
	}
};

void fun()
{
	my_auto_ptr<Object> pobja(new Object(10));
	my_auto_ptr<Object> pobjb(pobja);
}

int main()
{
	fun();
}

如果通過淺拷貝，則兩個(gè)指針擁有同一個(gè)資源，在析構(gòu)的過程會(huì)造成資源的重復(fù)釋放導(dǎo)致崩潰

若設(shè)置為將其資源進(jìn)行轉(zhuǎn)移

my_auto_ptr(const my_auto_ptr& obj):_Owns(obj._Owns),_Ptr(release())
{
}
my_auto_ptr& operator=(const my_auto_ptr& _Y)
{
	if(this == &_Y) return *this;
	if(_Owns)
	{
		delete _Ptr;
	}
	_Owns = _Y._Owns;
	_Ptr = _Y.release();
	return 0;
}

void fun(my_auto_ptr<Object> apx)
{
	int x = apx->Value();
	cout<<x<<endl;
}
int main()
{
	my_auto_ptr<Object> pobja(new Object(10));
	fun(pobja);
	int a = pobja->Value();
	cout<<a<<endl;
}

那么上面的過程中，資源會(huì)進(jìn)行轉(zhuǎn)移pobja將不再擁有資源，導(dǎo)致pobja失去資源進(jìn)而程序崩潰

這也就是auto_ptr的局限性，也導(dǎo)致該智能指針的幾乎沒有使用

unique_ptr

該智能指針屬于唯一性智能指針，將拷貝構(gòu)造刪除，也就不能將其新建另一個(gè)對(duì)象，同時(shí)也不能作為參數(shù)傳入

class Object
{
	int value;
public:
	Object(int x = 0) :value(x)
	{
		cout << "Create Object:" << this << endl;
	}
	~Object()
	{
		cout << "Destory Object:" << this << endl;
	}
	int& Value()
	{
		return value;
	}
};

int main()
{
	std::unique_ptr<Object> pobja(new Object(10));
	//std::unique_ptr<Object> pobjb(pobja); error
	//不允許
	std::unique_ptr<Object> pobjb(std::move(pobja));
}

通過移動(dòng)賦值是可以的，通過明確的概念，對(duì)其資源進(jìn)行轉(zhuǎn)移

同時(shí)unique_ptr可以區(qū)分其所指向的是一個(gè)單獨(dú)空間，或者是連續(xù)的空間

struct delete_ar_object
{
	void operator()(Object* op)
	{
		if(op == NULL) return;
		delete[] op;
	}
}
int main()
{
	std::unique_ptr<Object> pobja(new Object(10));
	std::unique_ptr<Object,delete_ar_object> pobjb(new Object[10]);
}

在這里如果是連續(xù)空間，會(huì)調(diào)用刪除連續(xù)空間的刪除器;單獨(dú)空間則使用默認(rèn)刪除器

unique_ptr在編寫的時(shí)候，有多個(gè)模板類，分別對(duì)應(yīng)單個(gè)對(duì)象的方案和一組對(duì)象的方案

并且可以通過智能指針指向fopen打開的文件對(duì)象，而文件對(duì)象是同fclose去進(jìn)行關(guān)閉的

struct delete_file
{
	void operator()(FILE *fp)
	{
		if(fp == NULL) return;
		fclose(fp);
	}
}
std::unique_ptr<FILE,delete_file> pfile(fopen("zyq.txt","w"));

這里只需要將默認(rèn)的刪除器，更改為對(duì)文件對(duì)象的刪除器