5-5 shared_ptr使用场景、陷阱、性能分析、使用建议

005shared_ptr常用操作与使用陷阱

#include<iostream>
#include<cstdlib>
#include<string>
#include<vector>
#include <memory>

using namespace std;

//测试类
class CT:public enable_shared_from_this<CT>
{
public:
	shared_ptr<CT>getself()
	{
		//return shared_ptr<CT>(this);
		return shared_from_this();//enable_shared_from_this类中的方法
	}
};

class B;//声明B类
class A
{
public:
	
	shared_ptr<B> pm_b;
	//解决办法:
	//weak_ptr<B>pm_b''
	~A()
	{
		cout << "A的析构函数" << endl;
	}
};


class B
{
public:
	shared_ptr<A> pm_a;
	~B()
	{
		cout << "B的析构函数" << endl;
	}
};
//A类和B类循环引用

shared_ptr<int>createFunction(int value)
{
	return make_shared<int>(value);//返回一个shared_ptr指针
}
//
//void myFunction(int value)
//{
//	shared_ptr<int>pTem = createFunction(100);
//	return;//离开作用域后,pTem所指向的内存会被自动释放
//}


shared_ptr<int> myFunction(int value)
{
	shared_ptr<int>pTem = createFunction(100);
	return pTem;//返回局部对象
}


void myFuncion02(shared_ptr<int>ptr)
{
	return;
}

int main(void)
{
	//(1)
	myFunction(100);
	shared_ptr<int>p1 = myFunction(10);//如果不用变量来接受,返回的局部变量就会销毁。


	//2.1慎用裸指针
	int*p = new int(100);
	//myFuncion02(p);//error,不允许隐式类型转化
	myFuncion02(shared_ptr<int>(p));//参数是临时的shared_ptr,用一个裸指针显式的构造
	*p = 22;//这一段内存已经被回收,临时对象传递给函数会是个局部量,函数运行完毕会释放。
	//内存对象的管理已经交给智能指针,这里不要再使用裸指针

	//不要使用裸指针初始化多个shared_ptr--会导致内存释放多次 p3,p4无关
	/*int*p2 = new int(200);
	shared_ptr<int>p3(p2);
	shared_ptr<int>p4(p2);*/
	//更改方法:
	shared_ptr<int>p3(new int(200));
	shared_ptr<int>p4(p3);//这种写法是ok的,用的是同一个控制块,指向同一块内存块
	
	//2.2慎用get()函数的返回值--返回指正对象指针的裸指针,不能删除
	shared_ptr<int>p5(new int(234));
	int *p6 = p5.get();
	//delete p;
	//不可以将其他智能指针绑定到get返回的裸指针上
	//shared_ptr<int>p7(p6);//两个智能指针没有关系,当一个释放的时候,另一个再释放一次就会出错
	//每个智能指针用裸指针创建,他们之间的引用是相互分离的。

	//3.不要把类对象指针(this)作为shared_ptr返回,改用enable_shared_from_this返回
	shared_ptr<CT>Pct1(new CT);
	//shared_ptr<CT>Pct2(Pct1);//两个强引用,使用同一个控制块
	shared_ptr<CT>pct3 = Pct1->getself();//两个智能指针之间不是使用同一个控制块,没有关系.有一种使用裸指针初始化智能指针的
	//解决办法:c++标准库中的类模板enalbe_shared_from_this,返回的是一个智能指针


	//2.4避免循环引用
	shared_ptr<A> pca(new A);
	shared_ptr<B> pcb(new B);
	pca->pm_b = pcb;//指向pcb的有两个强引用
	pcb->pm_a = pca;//指向pca的有两个强引用
	/*
	 * 最终所有的内存都没有释放,因为对象互相包含对象,每个对象的强引用都是2,都不能释放。
	 * 解决办法:
	 *	只需要将其中一个变为弱引用即可。
	 */

	//3.2移动语义
	shared_ptr<int>p7(new int(1000));
	shared_ptr<int>p8(std::move(p1));//移动构造,移动构造一个新的智能指针对象p8,p7不再指向1000,
	//引用计数还是1

	//43.优先使用make_shared,编译器有优化这个函数。
	shared_ptr<string>p9(new string("jisuan"));
	/*
	 * 分配两次内存,一次存储jisuan,一次用来存放p9的控制块
	 */
	auto p10 = make_shared<string>("jisuajis");//只分配一次内存
	system("pause");
	return 0;
}

/*
*(1)shared_ptr使用场景-
*	从函数中return shared_ptr类型指针
*	
*
*(2)智能指针是用错误分析
*	2.1慎用裸指针--使用裸指针赋值给智能指针后,内存管理的责任就交给智能指针,就不应该再使用裸指针访问内存了。
*		不用使用裸指针初始化多个shared_ptr
*	2.2慎用get()函数的返回值
*	返回智能对象的裸指针不能delete,否则会异常
*	永远不要用get()得到的裸指针来初始化另一个智能指针。
*	3.不要把类对象指针(this)作为shared_ptr返回,改用enable_shared_from_this返回
*		返回对象的this指针,使用public继承enable_shared_from_this<>,然后返回shared_from_this()
*	原理:enable_shared_from_this中有一个弱指针weak_ptr,通过这个弱指针监视this指针。
*	在我们调用shared_from_this()方法的时候,这个方法内部调用了weak_ptr的lock()方法,返回shared_ptr指针计数—+1
*	并返回shared_ptr指针
*	2.4避免循环引用
*		
*(3)性能说明
*3.1尺寸问题
*	shared_ptr,weak_ptr的尺寸都是裸指针的2倍。
*	创建控制块的时机:
*	1.make_shared,分配并初始化一个对象,返回指向此对象的shared_ptr
*	2.用裸指针来创建爱女一个shared_ptr对象时候,使用裸指针会产生多个控制块,详见2.2
*	
*3.2移动语义
*移动肯定比赋值块,复制要增加引用计数,但是移动不会增加引用计数。
*
*(4)补充说明和使用建议
*	1.分配器等问题没有讲解。
*	2.智能指针也不是刻意随心所欲的使用,谨慎使用。
*	3.优先使用make_shared,编译器有优化这个函数。
*
*/
<think>好的,我现在需要详细介绍一下C++中的shared_ptr智能指针。首先,我应该从基本概念开始,解释什么是shared_ptr,它的作用和设计目的。然后,需要讨论它的核心机制,比如引用计数,所有权共享,以及如何避免内存泄漏。 接下来,我应该考虑构造和初始化的方法,比如直接构造、使用make_shared,或者通过其他指针或已有的shared_ptr来创建。这里要注意到make_shared的优势,比如内存分配效率。 然后,需要覆盖常用的成员函数,如use_count()、reset()、get()等,说明它们各自的用途和注意事项。特别是要强调不要轻易使用get()获取裸指针,以免引发悬挂指针的问题。 另外,自定义删除器的部分也很重要,说明为什么需要自定义删除器,以及如何使用它来处理特殊资源,比如文件指针或者malloc分配的内存。这里可能需要举例说明,比如传入一个lambda表达式作为删除器。 循环引用的问题必须提到,因为这是shared_ptr的常见陷阱。要解释循环引用是如何导致内存泄漏的,以及如何通过weak_ptr来打破循环。这部分需要结构清晰,可能用代码示例来演示问题及解决方案。 比较shared_ptr与其他智能指针,比如unique_ptr和weak_ptr的区别,帮助用户理解何时选择哪种指针。要强调所有权模型的不同,unique_ptr的独占性,而shared_ptr的共享性。 还需要注意线程安全的问题,说明shared_ptr的引用计数操作是原子性的,但指向的对象本身并不是线程安全的。这部分可能需要更详细的解释,或者举例说明在多线程环境下如何正确使用。 最后,总结最佳实践,比如优先使用make_shared,避免循环引用,不要混合使用裸指针和智能指针等。同时,可以提到一些常见的错误用法,帮助用户避免陷阱。 在组织内容时,要确保结构清晰,分点阐述,每个部分有明确的标题,便于用户理解。同时,要注意语言的口语化,避免过于技术性的术语,必要时用例子辅助说明。另外,检查是否有遗漏的重要点,比如shared_ptr的性能开销,或者与enable_shared_from_this的关系,如果有必要的话也应该简要提及。 现在,需要将这些内容整合成一个连贯的回答,确保覆盖所有关键点,同时保持逻辑流畅。可能需要先概述,再分章节详细说明,最后总结。注意用户要求用中文回答,所以术语要准确,但表达要自然易懂。</think>以下是对C++中`shared_ptr`智能指针的深度介绍,分模块逐步说明: --- ### 一、基本概念 `shared_ptr`是C++11引入的**共享所有权智能指针**,用于管理动态分配的内存。 - **核心特性**:通过引用计数机制,允许多个`shared_ptr`实例共享同一对象的所有权。 - **核心优势**:自动释放内存,避免内存泄漏;避免悬空指针问题。 --- ### 二、底层机制 #### 1. 引用计数 - 每个`shared_ptr`维护一个**控制块**(包含引用计数、弱引用计数、删除器、分配器等)。 - **规则**: - 构造或拷贝`shared_ptr`时,引用计数`+1`。 - 析构或`reset()`时,引用计数`-1`。 - 引用计数归零时,销毁对象并释放内存。 #### 2. 内存布局 ```cpp 对象内存 ───────────────┐ ↓ 控制块 [引用计数 | 弱引用计数 | 删除器 | 分配器] ``` --- ### 三、构造与初始化 #### 1. 直接构造 ```cpp std::shared_ptr<int> p1(new int(42)); // 不推荐:可能因异常导致内存泄漏 ``` #### 2. 推荐方式:`make_shared` ```cpp auto p2 = std::make_shared<int>(42); // 推荐:单次内存分配(对象+控制块) ``` #### 3. 从其他指针构造 ```cpp std::shared_ptr<int> p3(p1); // 共享所有权,引用计数+1 ``` --- ### 四、核心成员函数 | 函数 | 功能 | 示例 | |--------------------|-----------------------------------|---------------------------| | `use_count()` | 返回当前引用计数 | `p1.use_count()` | | `reset()` | 释放所有权,引用计数-1 | `p1.reset()` | | `get()` | 返回裸指针(谨慎使用!) | `int* raw = p1.get()` | | `swap()` | 交换两个`shared_ptr`内容 | `p1.swap(p2)` | --- ### 五、自定义删除器 用于管理非`new`分配的资源(如文件句柄、`malloc`内存等): ```cpp // 示例:管理 malloc 分配的内存 std::shared_ptr<void> p4(malloc(100), [](void* ptr) { free(ptr); std::cout << "内存已释放"; }); ``` --- ### 六、循环引用问题 #### 1. 问题场景 ```cpp class Node { public: 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,引用计数永不为0 → 内存泄漏! ``` #### 2. 解决方案:`weak_ptr` ```cpp class Node { public: std::weak_ptr<Node> next; // 弱引用不增加计数 }; ``` --- ### 七、与其他智能指针对比 | 类型 | 所有权模型 | 性能开销 | 适用场景 | |---------------|------------------|----------|------------------------| | `unique_ptr` | 独占所有权 | 无 | 单一所有者,资源转移 | | `shared_ptr` | 共享所有权 | 较高 | 多所有者共享资源 | | `weak_ptr` | 无所有权(观察) | 低 | 解决循环引用 | --- ### 八、线程安全性 - **引用计数操作**:原子操作,线程安全。 - **对象访问**:需手动加锁(与裸指针相同)。 --- ### 九、最佳实践 1. **优先使用`make_shared`**:减少内存分配次数,避免异常安全问题。 2. **避免循环引用**:用`weak_ptr`打破循环。 3. **不要混用裸指针**: ```cpp int* raw = new int(10); std::shared_ptr<int> p5(raw); std::shared_ptr<int> p6(raw); // 错误!双重释放! ``` 4. **谨慎使用`get()`**:避免通过裸指针修改资源或延长生命周期。 --- ### 十、高级用法 #### 1. 别名构造(Alias Constructor) 允许`shared_ptr`指向某个对象的子部分,但共享整个对象的生命周期: ```cpp struct Data { int x, y; }; auto p7 = std::make_shared<Data>(); std::shared_ptr<int> p8(p7, &p7->x); // p8管理p7的x成员,但共享p7的控制块 ``` #### 2. `enable_shared_from_this` 在类的成员函数中安全获取自身的`shared_ptr`: ```cpp class MyClass : public std::enable_shared_from_this<MyClass> { public: void func() { auto self = shared_from_this(); // 正确获取shared_ptr } }; ``` --- ### 总结 `shared_ptr`通过引用计数实现自动内存管理,是C++中解决资源泄漏的核心工具之一。使用时需注意循环引用、线程安全和性能开销,合理结合`weak_ptr`和`unique_ptr`可构建高效、安全的内存管理体系。
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