C++异常安全之std:auto_ptr

本文详细介绍了C++标准库中的auto_ptr智能指针,包括其工作原理、安全使用方法及常见误用示例。通过示例演示了如何避免内存泄漏风险,同时解释了所有权转移、引用计数、作为成员变量使用等关键概念。重点强调了正确使用auto_ptr的重要性,以及如何避免其危险的误用。
auto_ptr是C++标准库中(<utility>)为了解决资源泄漏的问题提供的一个智能指针类模板(注意:这只是一种简单的智能指针)
auto_ptr的实现原理其实就是RAII,在构造的时候获取资源,在析构的时候释放资源,并进行相关指针操作的重载,使用起来就像普通的指针。

std::auto_ptr<ClassA> pa(new ClassA);

很多人听说过标准auto_ptr智能指针机制,但并不是每个人都天天使用它。这真是个遗憾,因为auto_ptr优雅地解决了C++设计和编码中常见的问题,正确地使用它可以生成健壮的代码。本文阐述了如何正确运用auto_ptr来让你的代码更加安全——以及如何避免对auto_ptr危险但常见的误用,这些误用会引发间断性发作、难以诊断的bug。

1.为什么称它为“自动”指针?
auto_ptr只是众多可能的智能指针之一。许多商业库提供了更复杂的智能指针,用途广泛而令人惊异,从管理引用的数量到提供先进的代理服务。可以把标准C++ auto_ptr看作智能指针的Ford Escort(elmar注:可能指福特的一种适合家居的车型):一个简易、通用的智能指针,它不包含所有的小技巧,不像专用的或高性能的智能指针那么奢华,但是它可以很好的完成许多普遍的工作,它很适合日常性的使用。

auto_ptr所做的事情,就是动态分配对象以及当对象不再需要时自动执行清理。这里是一个简单的代码示例,没有使用auto_ptr所以不安全:
    // 示例 1(a): 原始代码
    //
    void f()
    {
      T* pt( new T );


      /*...更多的代码...*/


      delete pt;
    }


我们大多数人每天写类似的代码。如果f()函数只有三行并且不会有任何意外,这么做可能挺好的。但是如果f()从不执行delete语句,或者是由于过早的返回,或者是由于执行函数体时抛出了异常,那么这个被分配的对象就没有被删除,从而我们产生了一个经典的内存泄漏。


能让示例1(a)安全的简单办法是把指针封装在一个“智能的”类似于指针的对象里,这个对象拥有这个指针并且能在析构时自动删除这个指针所指的对象。因为这个智能指针可以简单的当成一个自动的对象(这就是说,它出了作用域时会自动毁灭),所以很自然的把它称之为“智能”指针:


    // 示例 1(b): 安全代码, 使用了auto_ptr
    //
    void f()
    {
      auto_ptr<T> pt( new T );


      /*...更多的代码...*/


    } // 酷: 当pt出了作用域时析构函数被调用,
      // 从而对象被自动删除


现在代码不会泄漏T类型的对象,不管这个函数是正常退出还是抛出了异常,因为pt的析构函数总是会在出栈时被调用。清理会自动进行。


最后,使用一个auto_ptr就像使用一个内建的指针一样容易,而且如果想要“撤销”资源,重新采用手动的所有权,我们只要调用release():


    // 示例 2: 使用一个 auto_ptr
    //
    void g()
    {
      T* pt1 = new T;
      // 现在,我们有了一个分配好的对象


      // 将所有权传给了一个auto_ptr对象
      auto_ptr<T> pt2( pt1 );


      // 使用auto_ptr就像我们以前使用简单指针一样
      *pt2 = 12;       // 就像 "*pt1 = 12;"
      pt2->SomeFunc(); // 就像 "pt1->SomeFunc();"


      // 用get()来获得指针的值
      assert( pt1 == pt2.get() );


      // 用release()来撤销所有权
      T* pt3 = pt2.release();


      // 自己删除这个对象,因为现在
      // 没有任何auto_ptr拥有这个对象
      delete pt3;


    } // pt2不再拥有任何指针,所以不要
      // 试图删除它...ok,不要重复删除


最后,我们可以使用auto_ptr的reset()函数来重置auto_ptr使之拥有另一个对象。如果这个auto_ptr已经拥有了一个对象,那么,它会先删除已经拥有的对象,因此调用reset()就如同销毁这个auto_ptr,然后新建一个并拥有一个新对象:


    // 示例 3: 使用reset()
    //
    void h()
    {
      auto_ptr<T> pt( new T(1) );


      pt.reset( new T(2) );
        // 删除由"new T(1)"分配出来的第一个T


    } // 最后,pt出了作用域,
      // 第二个T也被删除了


2. 下面主要分析一下auto_ptr的几个要注意的地方:

1,Transfer of Ownership

auto_ptr与boost库中的share_ptr不同的,auto_ptr没有考虑引用计数,因此一个对象只能由一个auto_ptr所拥有,在给其他auto_ptr赋值的时候,会转移这种拥有关系。

#include <utility>
#include <iostream>
using namespace std;
 
class A
{
public:
    A() { id = ++count; cout << "create A" << id  <<  "\n"; }
    ~A() { cout << "destroy A" << id << "\n"; }
private:
    static int count;
    int id;
};
 
int A::count = 0;
 
/*调用该函数会丢失掉所有权*/
void sink(auto_ptr<A> a)
{
    cout << "Enter sink()\n";
}
 
/*调用该函数会创建对象,并获取所有权*/
auto_ptr<A> create()
{
    cout << "Enter create()\n";
    auto_ptr<A> a(new A());
    return a;
}
 
int main(int argc, char *argv[])
{
    auto_ptr<A> a1 = create();
    auto_ptr<A> a2 = a1; /*转移所有权,此时a1无效了*/
    auto_ptr<A> a3(new A());
    cout << "Exit create()\n";
    sink(a2);/*丢失所有权,会发现a2的释放在sink函数中进行*/
    cout << "Exit sink()\n";
    return 0;
}


 
输出结果是:<br>Enter create()<br>create A1<br>create A2<br>Exit create()<br>Enter sink()<br>destroy A1<br>Exit sink()<br>destroy A2<br><br>
2,从上可知由于在赋值,参数传递的时候会转移所有权,因此不要轻易进行此类操作。


   比如:std::auto_ptr<ClassA> pa(new ClassA());


   bad_print(pa); //丢失了所有权


   pa->...; //Error

如何防止函数调用转移所有权呢?

在《the c++ standard library》page43里有提到,采用const  reference,这样形参不会交出所有权。因为无法令 const reference交出所有权!!

3,使用auto_ptr作为成员变量,以避免资源泄漏。


   为了防止资源泄漏,我们通常在构造函数中申请,析构函数中释放,但是只有构造函数调用成功,析构函数才会被调用,换句话说,如果在构造函数中产生了异常,那么析构函数将不会调用,这样就会造成资源泄漏的隐患。


   比如,如果该类有2个成员变量,指向两个资源,在构造函数中申请资源A成功,但申请资源B失败,则构造函数失败,那么析构函数不会被调用,那么资源A则泄漏。


  为了解决这个问题,我们可以利用auto_ptr取代普通指针作为成员变量,这样首先调用成功的成员变量的构造函数肯定会调用其析构函数,那么就可以避免资源泄漏问题。


4,不要误用auto_ptr


  1)auto_ptr不能共享所有权,即不要让两个auto_ptr指向同一个对象。


  2)auto_ptr不能指向数组,因为auto_ptr在析构的时候只是调用delete,而数组应该要调用delete[]。


  3)auto_ptr只是一种简单的智能指针,如有特殊需求,需要使用其他智能指针,比如share_ptr。


  4)auto_ptr不能作为容器对象,STL容器中的元素经常要支持拷贝,赋值等操作,在这过程中auto_ptr会传递所有权,那么source与sink元素之间就不等价了。

参考:

http://www.cnblogs.com/qytan36/archive/2010/06/28/1766555.html

http://blog.youkuaiyun.com/cyblueboy83/article/details/1792463

3 c++ primer page591~

<think>好的,我现在需要回答用户关于C++std::shared_ptr使用指南的问题。首先,我得回顾用户提供的引用内容,确保回答准确。用户给的引用提到了std::shared_ptr的基本用法、循环引用问题以及std::weak_ptr的解决方法。同时,用户可能希望了解如何正确使用shared_ptr,包括初始化、引用计数、所有权共享以及常见问题处理。首先,我应该从基本概念开始,解释std::shared_ptr的作用,即用于管理动态分配内存的共享所有权。然后,说明如何创建和初始化shared_ptr,比如使用make_shared函数,这是推荐的方式,因为它更高效。需要举例说明,比如创建一个int类型的shared_ptr,并展示如何复制指针以增加引用计数。 接下来,引用计数机制是关键点。用户可能需要知道何时引用计数会增加或减少,比如当shared_ptr被赋值、作为参数传递或者作为返回值时。同时,当最后一个shared_ptr离开作用域时,内存会被释放。这里可以引用用户提供的例子,比如引用[2]中的代码,展示引用计数的变化。 然后,必须讨论循环引用的问题,这是shared_ptr常见的一个陷阱。用户提供的引用[1]和[3]提到了使用weak_ptr来解决。需要解释循环引用如何导致内存泄漏,例如两个对象互相持有对方的shared_ptr,导致引用计数无法归零。这时候应该引入std::weak_ptr,说明如何用它来打破循环,比如将其中一个指针改为weak_ptr,这样它不会增加引用计数。可以引用用户提供的Node结构体的例子,说明修改后的正确做法。此外,还需要提到其他使用注意事项,比如避免裸指针的多次托管,不要混合使用unique_ptr和shared_ptr托管同一资源,以及线程安全性问题。这部分可能需要结合常见错误案例,帮助用户避免问题。 最后,总结使用场景,比如资源共享、需要多个所有者的情况,以及如何结合weak_ptr优化性能。生成的相关问题可以涉及性能分析、与unique_ptr的区别、weak_ptr的具体使用以及自定义删除器的方法。在组织内容时,要确保结构清晰,分点说明,并适当插入代码示例和引用标记。同时,要检查LaTeX格式是否正确,数学表达式和代码块是否符合要求。需要确认所有引用的地方都正确标注,比如引用[1]、[2]、[3]对应的内容,并在回答末尾列出相关问题,引导用户进一步学习。</think>### C++ std::shared_ptr 使用指南 #### 1. 核心概念与初始化 $std::shared_ptr$ 是 C++ 智能指针中用于实现**共享所有权**的模板类,允许多个指针共同管理同一对象的内存。初始化推荐使用 $std::make_shared$ 以提高内存分配效率: ```cpp // 初始化方式示例 std::shared_ptr<int> ptr1 = std::make_shared<int>(10); // 引用计数=1 std::shared_ptr<int> ptr2 = ptr1; // 引用计数=2 ``` [^2] #### 2. 引用计数机制 - **引用计数增加**:通过拷贝构造、赋值操作或传递参数时。 - **引用计数减少**:指针离开作用域、被重置或指向其他对象时。 - **内存释放条件**:当引用计数归零时自动释放内存,无需手动 $delete$。 #### 3. 循环引用问题与解决方案 当两个 $std::shared_ptr$ 相互引用时,会导致内存泄漏(如下示例): ```cpp struct Node { std::shared_ptr<Node> next; }; auto a = std::make_shared<Node>(); auto b = std::make_shared<Node>(); a->next = b; b->next = a; // ❌ 循环引用,引用计数永远无法归零 ``` **解决方法**:将其中一个指针改为 $std::weak_ptr$,它不增加引用计数: ```cpp struct Node { std::weak_ptr<Node> next; // ✔️ 使用 weak_ptr 打破循环 }; ``` [^1][^3] #### 4. 关键使用注意事项 1. **避免多次托管同一裸指针**: ```cpp int* raw = new int(5); std::shared_ptr<int> p1(raw); std::shared_ptr<int> p2(raw); // ❌ 重复托管会导致双重释放 ``` 2. **禁止混合使用智能指针类型**: ```cpp auto unique = std::make_unique<int>(20); std::shared_ptr<int> shared(unique.get()); // ❌ 所有权冲突 ``` 3. **线程安全性**:$std::shared_ptr$ 的引用计数操作是原子性的,但对象访问需额外同步。 #### 5. 应用场景 - **资源共享**:多个模块需要访问同一动态分配对象时(如缓存、配置管理器)。 - **延迟释放**:结合 $std::weak_ptr$ 实现缓存机制,避免长期占用内存[^3]。 ---
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