GCC4.7.0库里的shared_ptr,weak_ptr和unique_ptr的简单讲解(抛砖求玉,有图有真相)

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#gcc #raii #delete #exchange #多线程 #thread

本文介绍了GCC4.7.0库中的智能指针shared_ptr,weak_ptr和unique_ptr。重点讨论了它们的实现细节，特别是并发环境下引用计数的原子性，并探讨了它们在多线程和资源管理中的作用。shared_ptr适用于资源共享，而unique_ptr提供更低的性能开销和唯一所有权。weak_ptr用于解决shared_ptr的循环引用问题。文章提到了C++11的移动语义，并指出智能指针并不保证线程安全。" 116079700,10542656,MATLAB模糊神经网络PID控制器实现,"['模糊系统', '神经网络', '控制理论', 'MATLAB编程']

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    实习了一个半月了,实习的日子过得真快.亮哥十分照顾,各种指点,还不单单是技术方面的,这就是传说中良师益友啊.实习一下,感觉视野开阔了一些,以前做的感觉都是像小孩子玩具一样,自娱自乐,现在回头去看感觉也挺水的-____-.

    现在基本写代码都是vim了,IDE感觉都是浮云.GDB调试渐入佳境.但是还是没有win下的调试器方便,gdbtui还好,但是始终不及OD的水平.调试的时候还是方便一点的好啊.linux下开发自我感觉算是入了门吧.(好吧,还是菜鸟级别)

    标准库第二版刚好看到智能指针,所以这两天抽空看看4.7.0库里shared_ptr和weak_ptr的实现,循惯例,上图先

    首先是shared_ptr:

    接下来是weak_ptr:

    智能指针由于引入了引用计数,所以需要考虑的一个情况是并发情况下智能指针引用计数更新的原子性,C++11对并发提供了原生的支持,同时加入了原子类型的支持.GCC4.7.0的库实现当中其实已经考虑了对并发情况的处理(没有考察之前的版本),比如说对指针的引用计数和弱引用计数都是使用_Atomic_word类型(应该是一种原子类型),在获取的时候使用类似__exchange_and_add_dispatch这种原子操作.在引用计数块上面使用了_Lock_policy,这些都对并发下的智能指针的健壮提供了保证.

    从上面的图可以看出,shared_ptr的成员包括1.一个指针,这个

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C++11中的智能指针unique_ptr、shared_ptr和weak_ptr详解
dvlinker的技术专栏
05-28 3万+
详细讲解C++11中引入的智能指针unique_ptr、shared_ptr和weak_ptr。
GCC STL源码解析 —— shared_ptr & weak_ptr
文天_Teddy的专栏
02-21 499
GCC STL 源码解析 —— shared_ptr & weak_ptr
C++ 智能指针（shared_ptr/weak_ptr）源码
06-10
C++ 智能指针（shared_ptr/weak_ptr）源码 源码位置：gcc-6.1.0\gcc-6.1.0\libstdc++-v3\include\tr1 这里只单列shared_ptr.h文件用于分析
linux怎么编译sharedptr,boost的shared_ptr在linux下gcc 4.4.6编译报错解决办法
weixin_35299004的博客
05-01 494
/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.4.6/../../../../include/c++/4.4.6/bits/algorithmfwd.h:353:41: 错误：宏“max”传递了 3 个参数，但只需要 2 个在包含自 /usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.4.6/../../../../include/c++/4.4.6/bi...
C++11智能指针之shared_ptr
纯屌丝程序猿
08-21 953
引入智能指针的背景（目的） 智能指针的引入主要为了解决程序员在使用new之后该释放（delete）内存的地方没释放(delete),要确保用 new 动态分配的内存空间在程序的各条执行路径都能被释放是一件麻烦的事情。C++11 模板库的 <memory> 头文件中定义的智能指针，即 shared _ptr 模板，就是用来部分解决这个问题的。 shared_ptr 只要将 new...
源码分析shared_ptr实现
qq_29426201的博客
05-29 805
智能指针是C++中一项很常用的技术，合理的使用智能指针可以更方便的管理内存，降低内存泄漏的风险，这里只介绍C++11后官方的智能指针。 智能指针的种类 unique_ptr shared_ptr weak_ptr 关于智能指针使用以及区别可以自行查找资料，这里主要介绍智能指针的实现原理 shared_ptr的实现 我们平时看文档都知道shared_ptr内部是使用引用计数来记录托管指针被引用的次数，当托管指针的引用计数为0时会释放托管的内存，这里通过gcc源码探究shared_ptr内部究竟是如
gcc C++0x unique_ptr 实现太龌龊了
whinah的专栏
06-17 261
版本：g++ 4.6.0 龌龊之处： 1. 占用 2 ptr 空间，因为 unique_ptr 要支持 custom delete, so g++ 要用额外的一个 ptr 来保存 custom 对象 为什么不用 empty base class 来优化？ VC10 有这个优化。 2. 引入不必要的依赖，使用 tuple&lt;T*, Deleter&gt; 作为数据成员！ ...
Modern C++ std::shared_ptr的实现原理
深山老宅的虚拟空间
01-26 2025
shared_ptr的实现原理
智能指针 -- unique_ptr
猿来如此yXy
11-08 957
unique_ptr源码分析 代码示例 默认构造函数，操作符(), 以及get(),操作符-> 示例运行结果： 过程分析:那么该示例实际都调用了unique_ptr这个类中的哪些接口呢 ？默认构造函数上述语句会调用unique_ptr的默认构造函数: template
unique_ptr 源码分析
rubikchen的博客
01-28 674
unique_ptr 简介 独占 实现了构造,实现了移动. 不允许拷贝. 实现 unique_ptr提供了指针拥有的接口 用__uniq_ptr_impl提供的是数据和析构类. 源码 源码 template <typename _Tp, typename _Dp = default_delete<_Tp>> class unique_ptr { template <class _Up&g..
c++ 智能指针shared_ptr解读
weixin_33494024的博客
06-12 214
占坑
说说shared_ptr weak_ptr
weixin_33694172的博客
03-20 114
shared_ptr weak_ptr是C++ tr1中最具有实用性的一个工具。利用C++的析构函数与引用计数，提供资源自动管理的能力。在vs2010之前，大家用的都是boost中的smartptr库，现在vs2010已经提供了tr1类库。 shared_ptr： 每一个shared_ptr对象内部，拥有两个指针ref_ptr与res_ptr，一个指向引用计数对象，一个指...
shared_ptr使用
Nex_Chin的专栏
12-16 1774
1.get() 返回对象指针；use_count() 返回对象的引用计数 #include #include class Foo { public: void print() { std::cout << " foo::print" << std::endl; } }; /* When sp2 is created, sp1 increments th
share_ptr 实现c++ 句柄引用计数
陈嘉怡的专栏
05-13 1660
代码如下 #include #include using namespace std; class Point{ public: Point() : xval(0),yval(0){}; Point(int x, int y): xval(x), yval(y){}; Point(const Point & p) { if(this == &p) return ;
深入 C++ 的 unique_ptr
TuxedoLinux的博客
06-06 1282
深入 C++ 的 unique_ptr从异常安全说起　　使用 raw pointer 管理动态内存时，经常会遇到这样的问题：忘记delete内存，造成内存泄露。出现异常时，不会执行delete，造成内存泄露。　　下面的代码解释了，当一个操作发生异常时，会导致delete不会被执行：123456789void func() { auto ptr = new Widget; // 执行一个...
C++智能指针4——唯一指针unique_ptr详解
xuyouqiang1987的博客
02-01 7390
C++11标准库提供的唯一指针unique_ptr有助于避免发生异常时的资源泄漏。它实现了专有所有权的概念，这意味着它可以确保一个对象及其关联资源一次只能由一个指针"拥有''。当此所有者被销毁或变空或开始拥有另一个对象时，先前拥有的对象也将被销毁，所有相关资源都将被释放。 唯一指针unique_ptr继承了自动指针auto_ptr（该类最初是C++ 98引入的，但现在已弃用）。 唯一指针unique_ptr提供了一个简单明了的接口，与自动指针auto_ptr相比，它更不容易出错。
shared_ptr和unique_ptr对性能的影响
专注探索c++，Linux等后台开发相关机制，欢迎关注，欢迎交流
09-21 2070
shared_ptr内部引用计数对象要通过new创建，这样所有的对象才能指向同一个引用计数变量；由于调用make_shared要调用两次new，所以有一定的性能开销。 unique_ptr由于不需要存储引用计数，对象的所有权通过reset和release进行过渡。调用make_unique只要调用一次new，所以有着接近原生指针的性能。 但unique_ptr指向的对象不能共享，所以在有时候要求对象要共享又对性能有要求时，使用继承引用计数基类的方式来实现share，这时要求需要shared的类必须继承引用计
智能指针shared_ptr
Sean
08-09 789
auto_ptr由于它的破坏性复制语义，无法满足标准容器对元素的要求，因而不能放在标准容器中；如果我们希望当容器析构时能自动把它容纳的指针元素所指的对象删除时，通常采用一些间接的方式来实现，显得比较繁琐。boost库中提供了一种新型的智能指针shared_ptr，它解决了在多个指针间共享对象所有权的问题，同时也满足容器对元素的要求，因而可以安全地放入容器中。 当出现以下情况时应该优先考虑使用sh
C ++如何正确使用智能指针？看完这4个点你就明白了
CC_lz的博客
10-06 845
C++11 中推出了三种智能指针，unique_ptr、shared_ptr 和 weak_ptr，同时也将 auto_ptr 置为废弃(deprecated)。 但是在实际的使用过程中，很多人都会有这样的问题： 不知道三种智能指针的具体使用场景无脑只使用 shared_ptr认为应该禁用 raw pointer (裸指针，即 Widget*这种形式)，全部使用智能指针 本文试图理清楚三种智能指...
shared_ptr copy
最新发布
07-02
<think>首先，用户的问题是：“我想了解shared_ptr的拷贝行为或实现请问C++shared_ptrcopy behaviorimplementation details”。这涉及到C++的shared_ptr的拷贝行为和实现细节。 根据系统级指令，我需要：-所有行内数学表达式使用$...$格式。-独立公式使用$$...$$格式并单独成段。 -确保LaTeX语法正确。 -使用中文回答。 -生成相关问题。-在回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识，如[^1]。用户可见层指令： -回答结构清晰，帮助用户逐步解决问题。-尽量保证回答真实可靠。-参考站内引用：有五个引用，我需要参考这些来回答问题。 回顾引用：-引用[1]：讨论shared_ptr用于不完整类型，以及线程安全。提到~shared_ptr不需要T是完整类型。-引用[2]：详细说明shared_ptr的线程安全。多个线程可以访问不同的shared_ptr实例，但访问同一实例需要同步以避免数据竞争。还提到成员类型和实现。 -引用[3]：讨论auto_ptr的拷贝行为，强调所有权转移。这与shared_ptr不同，因为shared_ptr是共享所有权。-引用[4]：展示intrusive_ptr的引用计数实现，使用友元函数。 -引用[5]：解释unique_ptr和shared_ptr的基本概念，shared_ptr是共享所有权。 用户的问题是关于shared_ptr的拷贝行为和实现细节。shared_ptr使用引用计数来管理共享所有权。当拷贝一个shared_ptr时，引用计数会增加；当shared_ptr被销毁时，引用计数减少，如果计数为零，则删除对象。 关键点：-拷贝构造函数：当创建一个新的shared_ptr作为另一个shared_ptr的拷贝时，它会增加引用计数。-赋值操作符：类似地，赋值时，会减少原对象的引用计数（如果适用），并增加新对象的引用计数。-实现细节：shared_ptr通常包含一个控制块，其中存储引用计数（可能包括弱引用计数）和删除器等。 参考引用[2]：它说“多个线程能在shared_ptr的不同实例上调用所有成员函数（包含复制构造函数与复制赋值）而不附加同步”，意思是拷贝构造和赋值是线程安全的，只要访问的是不同实例。引用[3]提到auto_ptr的所有权转移，这与shared_ptr的共享所有权形成对比。引用[4]展示了intrusive_ptr的实现，shared_ptr的实现类似，但可能使用不同的机制。结构回答：1.介绍shared_ptr的拷贝行为：共享所有权，引用计数。2.解释拷贝构造函数和赋值操作符的实现。3.讨论线程安全方面。 4.提供实现细节，如控制块。5.添加引用标识。 6.生成相关问题。 使用中文回答。 确保LaTeX：如果有数学表达式，例如引用计数，但可能不需要复杂公式。如果有，用$...$或$$...$$。 例如，引用计数可以表示为 $count$。 生成相关问题：在末尾添加“相关问题”部分。回答结构： -逐步解释：先简述行为，然后详细实现。</think>### C++ shared_ptr 拷贝行为与实现细节 在 C++ 中，`std::shared_ptr` 是一种智能指针，用于管理动态分配对象的生命周期，通过引用计数机制实现共享所有权。当拷贝一个 `shared_ptr` 时，新实例与原实例共享同一对象的所有权，引用计数递增；当 `shared_ptr` 被销毁时，引用计数递减，如果计数归零，则自动删除对象。下面我将逐步解释拷贝行为和实现细节，确保内容真实可靠，基于 C++ 标准（如 C++11 及以上）和常见实现（如 libstdc++ 或 libc++）。 #### 1. **拷贝行为概述** - **共享所有权机制**：`shared_ptr` 允许多个指针实例共享同一对象的所有权。拷贝操作（拷贝构造函数或赋值操作符）不会转移所有权，而是增加引用计数。例如： - 拷贝构造函数：`shared_ptr(const shared_ptr& other)` 创建一个新 `shared_ptr`，共享 `other` 的对象，引用计数加 1。 - 赋值操作符：`shared_ptr& operator=(const shared_ptr& other)` 将当前指针指向 `other` 的对象，原对象的引用计数减 1（如果计数归零则删除对象），新对象的引用计数加 1。 - **线程安全**：多个线程可以同时拷贝不同的 `shared_ptr` 实例（例如，线程 A 拷贝实例 X，线程 B 拷贝实例 Y），无需额外同步，因为引用计数操作是原子的。但如果多个线程访问同一 `shared_ptr` 实例并进行非 const 操作（如赋值），则需同步以避免数据竞争[^2]。 - **与 `auto_ptr` 对比**：`auto_ptr` 采用所有权转移（拷贝后原指针失效），而 `shared_ptr` 是共享式，拷贝后原指针和新指针均有效[^3]。这避免了 `auto_ptr` 的常见陷阱（如函数传值导致所有权丢失）。 #### 2. **实现细节** `shared_ptr` 的实现通常包含两个核心部分：一个指向对象的裸指针和一个控制块（control block）。控制块存储引用计数、删除器（deleter）等信息。拷贝行为的关键在于控制块的共享和原子操作。 - **控制块结构**： - 控制块是一个动态分配的结构体，包含： - **引用计数（reference count）**：一个原子计数器，记录共享所有权的 `shared_ptr` 实例数。初始值为 1，每次拷贝时递增，销毁时递减。当计数归零时，调用删除器释放对象。 - **弱引用计数（weak count）**：记录 `weak_ptr` 的引用数（可选），用于管理控制块自身的生命周期。 - **删除器（deleter）**：一个可调用对象，用于释放对象内存（默认为 `delete`）。 - **分配器（allocator）**：用于控制块的内存分配（可选）。 - 数学上，引用计数的行为可表示为： 设初始引用计数为 $count = 1$， 拷贝时：$count \leftarrow count + 1$， 销毁时：$count \leftarrow count - 1$， 若 $count = 0$，则删除对象。 - **拷贝操作的实现步骤**： 1. **拷贝构造函数**： - 新 `shared_ptr` 复制原指针的控制块指针。 - 原子地递增引用计数（例如使用 `std::atomic_fetch_add`）。 - 如果原 `shared_ptr` 为空（nullptr），新实例也为空。 - 伪代码示例： ```cpp shared_ptr::shared_ptr(const shared_ptr& other) { if (other.ptr) { control_block = other.control_block; // 共享控制块 atomic_increment(control_block->ref_count); // 原子递增 } else { ptr = nullptr; control_block = nullptr; } } ``` 2. **赋值操作符**： - 减少当前对象的引用计数（如果非空），并检查是否归零。 - 复制新对象的控制块，并递增其引用计数。 - 伪代码示例： ```cpp shared_ptr& shared_ptr::operator=(const shared_ptr& other) { if (this != &other) { // 避免自赋值 // 减少原对象的引用计数 if (control_block) { atomic_decrement(control_block->ref_count); if (control_block->ref_count == 0) { deleter(ptr); // 删除对象 release_control_block(); // 释放控制块（若弱引用也为零） } } // 复制新对象 ptr = other.ptr; control_block = other.control_block; if (control_block) { atomic_increment(control_block->ref_count); } } return *this; } ``` - **线程安全实现**： - 引用计数操作使用原子指令（如 `std::memory_order_relaxed`），确保多线程环境下计数的正确性。 - 不同实例的拷贝是线程安全的，但同一实例的非 const 操作需用 `std::atomic_shared_ptr` 或互斥锁同步[^2]。 - 控制块的生命周期：当引用计数和弱引用计数均归零时，控制块被释放。 - **性能与优化**： - **拷贝开销**：拷贝操作是 $O(1)$ 时间复杂度，仅涉及指针复制和原子递增。 - **内存开销**：每个对象额外有一个控制块（通常 16-24 字节），但多个 `shared_ptr` 共享同一控制块。 - **与 `intrusive_ptr` 对比**：`intrusive_ptr` 将引用计数嵌入对象内部（如通过友元函数管理），减少了控制块开销，但需修改对象代码[^4]。`shared_ptr` 更通用，无需侵入对象。 #### 3. **注意事项** - **不完整类型支持**：`shared_ptr` 可用于不完整类型（如前置声明），因为其析构函数不要求 `T` 是完整类型[^1]。这在隐藏实现时很有用。 - **避免循环引用**：如果对象间相互持有 `shared_ptr`，会导致引用计数永不归零（内存泄漏）。解决方案是使用 `weak_ptr` 打破循环。 - **拷贝与性能**：频繁拷贝可能增加原子操作开销，在高并发场景中，考虑使用 `std::make_shared` 减少内存分配次数。 总之，`shared_ptr` 的拷贝行为通过引用计数实现共享所有权，确保资源自动管理。其实现依赖于原子操作和控制块，设计上兼顾了线程安全性和灵活性。更多细节可参考 C++ 标准库源码（如 GCC 的 libstdc++）[^2][^5]。
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