c++智能指针

最新推荐文章于 2025-05-13 18:28:53 发布

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分类专栏：心得文章标签：智能指针 c++

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本文介绍了C++中智能指针的概念及其应用，包括Auto_ptr、Scoped_ptr、Shared_ptr和Weak_ptr等，并详细阐述了它们如何通过RAII理念解决资源管理和内存泄漏问题。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

c++智能指针**
智能指针是什么？智能指针运用了一种思想->RAII(资源分配即初始化)
资源分配及初始化：定义一个类来封装资源的分配和释放，在构造函数初始化对象，析构函数释放对象，可以正确的初始化和释放。

为什么出现智能指针，智能指针能够有效地解决异常安全问题，或者资源未被释放，而导致内存泄漏。例如：中断语句导致代码跳出，导致内存未被释放。

常见的智能指针有哪些？Auto_ptr,Scoped_ptr,Shared_ptr,Weak_ptr;

c++发展在c++98标准时出现了Auto_ptr(不完善的智能指针):即两个指针无法共同管理一块相同的空间（管理权的转移）；接着在c++发展的过程中出现了boost库，boost库中完善了Auto_ptr所不完全的功能出现了Scoped_ptr（防拷贝指针）；Shared_ptr（引用计数）；Weak_ptr(不计数，与shared_ptr结合使用)；

Auto_ptr：

template<class T>
class Autoptr
{
public:
    Autoptr(T* ptr = NULL)
        :_ptr(ptr)
    {}
    Autoptr(Autoptr<T>& ap)//拷贝构造
    {
        _ptr = ap._ptr;
        ap._ptr = NULL;
    }
    Autoptr<T>& operator=(Autoptr<T>& ap)//赋值操作符重载（管理权的转移）
    {
        if(this != &ap)
        {
            delete _ptr;
            _ptr = ap._ptr;
            ap._ptr = NULL;
        }
        return *this;
    }
    T& operator*()//重载*操作符
    {
        return *_ptr;   
    }
    T* operator->()//重载->操作符
    {
        return _ptr;    
    }
    ~Autoptr()//析构函数
    {
        cout<<"~Autoptr()"<<endl;
        delete _ptr;
    }
private:
    T* _ptr;
};

由于Auto_ptr无法实现多个指针共同管理一块内存空间，因此被称为失败的作品；在boost库中产生了Scoped_ptr,C++11中称为unique_ptr原理差不多是相同的，在保护中只声明赋值操作符的重载函数，和拷贝构造函数；
Scoped_ptr：

template<class T>
class Scopedptr
{
public:
    Scopedptr(T* ptr = NULL)
        :_ptr(ptr)
    {}
    T& operator*()
    {
        return *_ptr;   
    }
    T* operator->()
    {
        return _ptr;    
    }
    ~Scopedptr()
    {
        cout<<"~Scopedptr()"<<endl;
        delete _ptr;
    }
protected:
    Scopedptr(Scopedptr<T>& ap);
    Scopedptr<T>& operator=(Scopedptr<T>& ap);
private:
    T* _ptr;
};

然而这两种指针没有解决多个指针共同管理一块内存空间，接着Shared_ptr采用引用计数的方法解决了这个问题，在Shared_ptr中定义一个整型的指针，多开辟一块空间，存放引用计数，解决在析构时，析构多次的问题。
Shared_ptr：

template <class T>
class Sharedptr
{
public:
    Sharedptr(T* ptr = NULL)
        :_ptr(ptr)
        ,_c(new int(1))
    {}
    Sharedptr(Sharedptr<T>& ap)
    {
        _ptr = ap._ptr;
        _c = ap._c;
        (*_c)++;
    }
    Sharedptr<T>& operator=(const Sharedptr<T>& ap)
    {
        if(_ptr != ap._ptr)
        {
            if((*_c)!=1)
            {
                *_c--;
                _ptr = ap._ptr;
                _c = ap._c;
                (*_c)++;
            }
            else
            {
                delete _ptr;
                _ptr = ap._ptr;
                _c = ap._c;
                (*_c)++;
            }
        }
        return *this;
    }
    T& operator*()
    {
        return *_ptr;   
    }
    T* operator->()
    {
        return _ptr;    
    }
    ~Sharedptr()
    {
        if((*_c)!=1)
        {
            _ptr = NULL;
            (*_c)--;
        }
        else
        {
            cout<<"~Sharedptr()"<<endl;
            delete _ptr;
            delete _c;
        }
    }
private:
    T* _ptr;
    int* _c;
};

Shared_ptr很好的解决了多个指针管理一块内存空间，然而出现了新的问题，循环引用的问题，这就要结合Weak_ptr来使用，举个例子：

struct ListNode
{
    Sharedptr<ListNode> _prev;
    Sharedptr<ListNode> _next;
    ListNode()
        :_prev(NULL)
        ,_next(NULL)
    {
    }
};
//假设用Shared_ptr来管理链表
int main()
{
    Sharedptr<ListNode> p1(new ListNode());
    Sharedptr<ListNode> p2(new ListNode());

    p1->_next = p2;
    p2->_prev = p1;
}
/*  这就让p1->next指向p2,p2的引用计数p2._c就会++，
    同理p1的引用计数p1._c就会++;这样会导致在析构时，无法析构，
    从而导致内存泄漏。*/

解决办法是什么呢？Weak_ptr很好的解决了这个办法：

struct ListNode
{
    Weak_ptr<ListNode> _prev;
    Weak_ptr<ListNode> _next;
    ListNode()
        :_prev(NULL)
        ,_next(NULL)
    {
    }
};
template<class T>
class Weak_ptr
{
public:
    Weak_ptr(T* ptr)
        :_ptr(ptr)
    {}
    ~Weak_ptr
    {
        delete _ptr;
    }
private:
    T* _ptr
}

解决了循环引用问题，还有个问题Shared_ptr中采用的释放方式时delete
若想开辟一块数组则采用delete[],当然内置类型不用delete[],也不会出错，但是若是开辟string类型的数组则会出现问题，这就要考虑到string的对象模型了，string会在开头多开辟四个字节用来存放个数，然而指针释放则不会向前便宜四个字节，因此又采用了仿函数，用来解决不是内置类型的释放。

仿函数：即在类中重载operator()。

template<class T>
struct less
{

    bool operator()(const T& a,const T& b)
    {
        return a < b;
    }
};

int main()
{
    cout<<less<int>()(12,22)<<endl;
    return 0;
}

上面是仿函数的一个例子，仿函数就是一个类中重载了operator(),可以像普通函数一样使用。

智能指针总结

智能指针采用了RAII的思想方法：在构造函数初始化对象，析构函数释放资源。
智能指针重载了operator*和operator->，能够像普通指针一样使用。
四个智能指针：Auto_ptr;Scoped_ptr;Shared_ptr;每个指针有各自的特点。注意:Shared_ptr,采用了Weak_ptr解决循环引用的问题，定制仿函数解决类型析构问题。