参考原文地址:(原创) C++11 改进我们的程序之垃圾回收
我对文章的格式和错别字进行了调整,并标注出了重要的部分。以下是正文。
正文
C# 和 Java 中有自动垃圾回收机制,.net 运行时和 java 虚拟机可以管理分配的堆内存,在对象失去引用时自动回收,因此在 C# 和 Java 中, 内存管理不是大问题。C++ 语言没有垃圾回收机制,必须自己去释放分配的堆内存,否则就会内存泄露。
我相信大部分 C++ 开发人员都遇到过内存泄露的问题,而查找内存泄露的问题往往要花大量的精力。要解决这个让人头疼的问题可以采取一些办法,最有效的办法是使用智能指针!使用智能指针就不会担心内存泄露的问题了,因为智能指针可以自动删除删除分配的内存。
智能指针是指向动态分配(堆)对象指针,用于生存期控制,能够确保自动正确的销毁动态分配的对象,防止内存泄露。它的一种通用实现技术是使用引用计数。每次使用它,内部的引用计数加 1 ,每次析构一次,内部引用计数减 1 ,减为 0 时,删除所指向的堆内存。
C++11 之前,C++ 没有内置智能指针,之前只能借助于 boost 的智能指针或者自己发明轮子。C++11 现在内置的智能指针,使我们可以很方便的使用智能指针了。C++11 中的智能指针包括:
- std::shared_ptr
- std::unique_ptr
- std::weak_ptr
std::shared_ptr
std::shared_ptr 使用引用计数. 每一个 shared_ptr 的拷贝都指向相同的内存。在最后一个 shared_ptr 析构的时候, 内存才会被释放。
我们看看 shared_ptr 如何使用吧。
初始化
// 智能指针的初始化
std::shared_ptr<int> p(new int(2));
std::shared_ptr<int> p2 = p;
std::shared_ptr<BaseConnector> m_connt = make_shared<Connector>(m_ios, m_strIP, m_port);
通过构造函数、赋值函数或者 make_shared 函数初始化智能指针。智能指针初始化可以指定删除器
void DeleteIntPtr(int *p)
{
delete p;
}
std::shared_ptr<int> p(new int, DeleteIntPtr); ///< p 的引用计数为0时会自动调用删除器 DeleteIntPtr
智能指针中的原始指针
通过 get 获取
char* pData = pBuf.get();
注意事项
智能指针虽然能自动管理堆内存,但是它有不少陷阱,使用时需要注意:
- 不要把一个原生指针给多个 shared_ptr 管理
int *ptr = new int;
shared_ptr<int> p1(ptr);
shared_ptr<int> p2(ptr); // logic error 导致 ptr 被删除两次
- 不要把 this 指针给 shared_ptr
- 不要在函数实参里创建 shared_ptr
function(shared_ptr<int>(new int), g()); //有缺陷
可能的过程是先 new int ,然后调 g(),g() 发生异常, shared_ptr 没有创建,int 内存泄露。
应该改为如下形式
shared_ptr<int> p(new int());
f(p, g());
- 对象内部生成 this 的 shared_ptr
从 std::enable_shared_from_this 类派生
在该类中定了成员函数 shared_from_this() ,返回 shared_ptr 。这个函数仅在 shared_ptr 的构造函数被调用之后才能使用。原因是 enable_shared_from_this::weak_ptr 并不在构造函数中设置(此处的构造函数指的是类型 T 的构造函数),而是在 shared_ptr 的构造函数中设置(此处的构造函数指的是类型 shared_ptr 的构造函数)。
若不使用 shared_from_this() 成员函数,将 this 指针构造了一个shared_ptr,外面创建的对象本身的 shared_ptr 也管理了 this 资源,在析构时则会发生两次析构;
class Y : public std::enable_shared_from_this<Y>
{
boost::shared_ptr<Y> GetSelf()
{
return shared_from_this();
}
};
boost::shared_ptr<Y> spy(new Y);
boost::shared_ptr<Y> p = spy->GetSelf(); //OK
- shared_ptr 作为对象的成员时,小心因循环引用造成无法释放资源。
struct A;
struct B;
struct A
{
std::shared_ptr<B> m_b;
};
struct B
{
std::shared_ptr<A> m_a;
};
std::shared_ptr<A> ptrA(new A);
std::shared_ptr<B> ptrB(new B);
ptrA->m_b = ptrB;
ptrB->m_a = ptrA;
ptrA 和 ptrB 相互引用,离开作用域时引用计数都为 1 ,导致内存没有被释放,解决办法是把 A 和 B 任何一个的成员变量改为 weak_ptr
例如
struct B
{
std::weak_ptr<A> m_a;
};
ptrB->m_a 不会增加 A 对象的引用计数,因此 A 对象离开作用域时,引用计数为 0 ,m_b 的引用计数减一,b 离开作用域后引用计数由 1 减为 0 。
std::unique_ptr
unique_ptr 不会共享它的指针。 无法将它复制到另一个 unique_ptr, unique_ptr 只能移动。 这意味着内存资源的所有权将转移到新的 unique_ptr 并且原始的 unique_ptr 不再拥有它
int *p = new int;
std::unique_ptr<int> ptr(p);
std::unique_ptr<int> ptr1 = ptr; // 不能复制,编译报错
auto ptr2 = std::move(ptr); // 转移所有权, 现在 ptr 那块内存归 ptr2 所有, ptr 成为无效的指针.
智能指针是个好东西,使用它之后就不用担心内存释放、内存泄露的问题了,我的项目中都是用的智能指针,没有 delete 。
智能指针使我们的程序更安全,除了循环引用会导致内存泄露之外,其他都很安全,可以放心使用。
std::weak_ptr
弱引用指针,用来监视智能指针,不会使引用计数加 1 。在访问所引用的对象前必须先转换为 std::shared_ptr。
用来表达临时所有权的概念:当某个对象只有存在时才需要被访问,而且随时可能被他人删除时,可以使用它来跟踪该对象。需要获得临时所有权时,则将其转换为 std::shared_ptr,此时如果原来 std::shared_ptr 被销毁,则该对象的生命期将被延长至这个临时的 std::shared_ptr 同样被销毁为止。
还可以用来避免 std::shared_ptr 的循环引用。
std::weak_ptr<int> gw;
void f()
{
if (auto spt = gw.lock())
{ // Has to be copied into a shared_ptr before usage
std::cout << *spt << "\n";
}
else
{
std::cout << "gw is expired\n";
}
}
int main()
{
{
auto sp = std::make_shared<int>(42);
gw = sp;
f();
}
f();
}
输出
42
gw is expired