[C++]智能指针unique_ptr,shared_ptr,weak_ptr

最新推荐文章于 2025-04-22 10:28:07 发布

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C++中对于动态内存的使用非常严格，一次申请必须对应一次释放，否则将造成内存泄漏。这也要求程序员格外小心，比如如下示例:

void getStr() {
   
   
    std::string * pstr = new std::string();//pstr为局部变量
    *pstr = "Hello world";
    ....
    return;
}

当该方法执行完毕后，局部变量pstr所占用内存自动释放，但其指向的内存则一直驻留。必须通过delete pstr来释放，因此这里将造成内存泄漏。

还有一种情况就是当程序因异常而终止时:

#include <stdexcept>

void getStr() {
   
   
    char * pch = new char[1024];
    ...
    if (true)
        throw logic_error("throw a exception");
    delete [] pch;
}

虽然在这里没有忘记delete释放内存，但是当程序执行到throw时，将不再执行throw之后的语句，因此导致内存泄漏。针对于这个例子，虽然可以通过如下的方式避免这个问题，但依旧需要非常小心:

#include <stdexcept>

void getStr() {
   
   
    char * pch = new char[1024];
    ...
    if (true)
    try{
   
   
        throw logic_error("throw a exception");
    } catch(...){
   
   
        delete [] pch;
        throw;
    }
    delete [] pch;
}

为了让程序员不再因内存泄漏而操心，C++11中提供了几个用于动态内存管理的智能指针。

智能指针的原理

如果在指针对象过期时，让它的析构函数删除它指向的内存，那不就避免内存的泄漏了吗？比如当自动变量pstr被销毁时，让他的析构函数可以释放它指向的内。

智能指针正是采用这种方式实现的，在智能指针类中，定义了类似指针的对象，然后将new获得的地址赋给这个对象，当智能指针过期后，其析构函数将使用delete来释放这块内存。

使用智能指针

智能指针模板类位于头文件memory中，因此使用时必须包含该头文件。memory中提供了四种智能指针模板类:auto_ptr,unique_ptr,shared_ptr,weak_ptr,其中auto_ptr在C++11中被弃用，在C++17中被移除，因此主要学习其余三种。

unique_ptr

unique_ptr类模板如下:

template<class T, class Deleter = std::default_delete<T>> 
class unique_ptr;

template <class T,class Deleter> 
class unique_ptr<T[], Deleter>;

因此，unique_ptr有两个版本:

1.管理个对象(以 new 分配)
2.管理动态分配的对象数组(以 new[] 分配)

构造方法

unique_ptr的构造方法有多个，但常用如下几个个:

constexpr unique_ptr() noexcept;
constexpr unique_ptr (nullptr_t) noexcept : unique_ptr() {
   
   }
explicit unique_ptr(pointer p) noexcept;

unique_ptr通过建立所有权概念来管理对象，也就是说，对于特定的对象，只能有一个智能指针可以拥有它。因此:

1.不能使用一个unique_ptr对象来初始化另一个unique_ptr对象，其拷贝构造不可用:unique_ptr (const unique_ptr&) = delete;
2.不能使用一个unique_ptr对象来给另一个unique_ptr赋值，其赋值运算符不可用:unique_ptr& operator= (const unique_ptr&) = delete.

然而，当试图将一个unique_ptr对象赋给另一个unique_ptr时，如果源unique_ptr是一个临时右值，则编译器允许这样做，如:

std::unique_ptr<Person> get_uptr(Person* p) {
   
   
        std::unique_ptr<Person> temp (p);
        return temp;
}
std::unique_ptr<Person> uptr4 = get_uptr(new Person("XiaoWang"));

这是通过移动构造来区分的。

如果需要将一个unique_ptr对象赋给另一个unique_ptr，则使用std::move()函数;

成员函数

get():返回指向被管理对象的指针。
reset():替换被管理对象;
release(): 返回一个指向被管理对象的指针，并释放所有权.
swap():替换被管理对象;
operator bool:检查是否有关联的被管理对象.

下面为使用unique_ptr示例:

#include <iostream>
#include <memory>
#include <string>

class Person
{
   
   
private:
        std::string name;
public:
        Person(const std::string& name):name(name){
   
   
                std::cout << "Person " << name