智能指针
智能指针技术应对于内存泄漏问题。智能指针主要用于管理在堆上分配的内存,它将普通的指针封装为一个栈对象。当栈对象的生存周期结束后,会在析构函数中释放掉申请的内存,从而防止内存泄漏。
智能指针的作用是管理一个指针,因为存在以下这种情况:**申请的空间在函数结束时忘记释放,造成内存泄漏。**使用智能指针可以很大程度上的避免这个问题,因为智能指针是一个类,当超出了类的实例对象的作用域时,会自动调用对象的析构函数,析构函数会自动释放资源。所以智能指针的作用原理就是在函数结束时自动释放内存空间,不需要手动释放内存空间。
在某种程度上,智能指针是对于内存拥有权问题的控制
unique_ptr
unique_ptr实现独占式拥有或严格拥有概念,保证同一时间内只有一个智能指针可以指向该对象。可以避免忘记调用delete造成的内存泄漏。
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。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);
禁止复制语义
std::unique_ptr 禁止复制语义
unique_ptr<string> pu1(new string ("hello world"));
unique_ptr<string> pu2;
pu2 = pu1; // #1 不允许
unique_ptr<string> pu3;
pu3 = unique_ptr<string>(new string ("You")); // #2 允许
编译不通过,因为unique_ptr要保证资源的唯一拥有权,允许#2是因为它调用 unique_ptr 的构造函数,该构造函数创建的临时对象在其所有权让给 pu3 后就会被销毁。
如果需要将一个unique_ptr赋给另一个需要使用标准库函数std::move()(相当于将一个 std::unique_ptr 对象持有的堆内存转移给另外一个)
#include <memory>
int main()
{
std::unique_ptr<int> sp1(std::make_unique<int>(123));
std::unique_ptr<int> sp2(std::move(sp1));
std::unique_ptr<int> sp3;
sp3 = std::move(sp2);
return 0;
}
利用 std::move 将 sp1 持有的堆内存(值为 123)转移给 sp2,再把 sp2 转移给 sp3。最后, sp1 和 sp2 不再持有堆内存的引用,变成一个空的智能指针对象。空的智能指针对象仍旧调用就崩溃,但是这个语法能强调你是在转移所有权,让你清晰的知道自己在做什么,从而不乱调用原有指针。
unique_ptr使用
unique_ptr指针本身的生命周期:从unique_ptr指针创建时开始,直到离开作用域。离开作用域时,若其指向对象,则将其所指对象销毁(默认使用delete操作符,用户可指定其他操作)。
unique_ptr指针与其所指对象的关系:在智能指针生命周期内,可以改变智能指针所指对象,如创建智能指针时通过构造函数指定、通过reset方法重新指定、通过release方法释放所有权、通过移动语义转移所有权。
#include <iostream>
#include <memory>
int main() {
{
std::unique_ptr<int> uptr(new int(10)); //绑定动态对象
//std::unique_ptr<int> uptr2 = uptr; //不能賦值
//std::unique_ptr<int> uptr2(uptr); //不能拷貝
std::unique_ptr<int> uptr2 = std::move(uptr); //轉換所有權
uptr2.release(); //释放所有权
}
//超過uptr的作用域,內存釋放
}
shared_ptr
shared_ptr实现共享式拥有概念。多个智能指针可以指向相同对象,该对象和其相关资源会在“最后一个引用被销毁”时候释放。资源可以被多个指针共享,使用计数机制来表明资源被几个指针共享。
shared_ptr多个指针指向相同的对象。shared_ptr使用引用计数,每一个shared_ptr的拷贝都指向相同的内存。每使用他一次,内部的引用计数加1,每析构一次,内部的引用计数减1,减为0时,自动删除所指向的堆内存。shared_ptr内部的引用计数是线程安全的,但是对象的读取需要加锁。
#include <iostream>
#include <memory>
int main() {
{
std::shared_ptr<int> sh_ptr = std::make_shared<int>(10);
std::cout << sh_ptr.use_count() << std::endl;
std::cout << *sh_ptr<< std::endl; //获得指针的值
std::weak_ptr<int> wp(sh_ptr);
std::cout << wp.use_count() << std::endl;
if(!wp.expired()){
std::shared_ptr<int> sh_ptr2 = wp.lock(); //get another shared_ptr
*sh_ptr = 100;
std::cout << wp.use_count() << std::endl;
}
}
//delete memory
}
- use_count 返回引用计数的个数
- unique 返回是否是独占所有权( use_count 为 1)
- swap 交换两个 shared_ptr 对象(即交换所拥有的对象)
- reset 放弃内部对象的所有权或拥有对象的变更, 会引起原有对象的引用计数的减少
- get 返回内部对象(指针), 由于已经重载了()方法, 因此和直接使用对象是一样的
int main()
{
string *s1 = new string("s1");
shared_ptr<string> ps1(s1);
shared_ptr<string> ps2;
ps2 = ps1;
cout << ps1.use_count()<<endl; //2
cout<<ps2.use_count()<<endl; //2
cout << ps1.unique()<<endl; //0
string *s3 = new string("s3");
shared_ptr<string> ps3(s3);
cout << (ps1.get()) << endl; //033AEB48
cout << ps3.get() << endl; //033B2C50
swap(ps1, ps3); //交换所拥有的对象
cout << (ps1.get())<<endl; //033B2C50
cout << ps3.get() << endl; //033AEB48
cout << ps1.use_count()<<endl; //1
cout << ps2.use_count() << endl; //2
ps2 = ps1;
cout << ps1.use_count()<<endl; //2
cout << ps2.use_count() << endl; //2
ps1.reset(); //放弃ps1的拥有权,引用计数的减少
cout << ps1.use_count()<<endl; //0
cout << ps2.use_count()<<endl; //1
}
weak_ptr
weak_ptr是为了配合shared_ptr而引入的一种智能指针,因为它不具有普通指针的行为,没有重载operator*和->,它的最大作用在于协助shared_ptr工作,像旁观者那样观测资源的使用情况。weak_ptr可以使用一个非常重要的成员函数lock()从被观测的shared_ptr获得一个可用的shared_ptr对象, 从而操作资源。
当两个对象相互使用一个shared_ptr成员变量指向对方,会造成循环引用,使引用计数失效,从而导致内存泄漏。weak_ptr可以用来解决shared_ptr的死锁问题。
weak_ptr 是一种不控制对象生命周期的智能指针, 它指向一个 shared_ptr 管理的对象, 进行该对象的内存管理的是那个强引用的shared_ptr, weak_ptr只是提供了对管理对象的一个访问手段。
#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;
}
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。
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,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
//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...
}
std::weak_ptr 的应用场景,经典的例子是订阅者模式或者观察者模式中。这里以订阅者为例来说明,消 息发布器只有在某个订阅者存在的情况下才会向其发布消息,而不能管理订阅者的生命周期。
class Subscriber
{
};
class SubscribeManager
{
public:
void publish()
{
for (const auto& iter : m_subscribers)
{
if (!iter.expired())
{
//TODO:给订阅者发送消息
}
}
}
private:
std::vector<std::weak_ptr<Subscriber>> m_subscribers;
};