C++ Primer 第5版——shared_ptr和StrBlob类

《C++ Primer》第五版，第12章，主要是介绍了动态内存与智能指针方面的知识点。

C++ 11新标准，提供了两种智能指针类型shared_ptr和unique_ptr来管理动态内存。智能指针的行为类似常规指针，重要的区别是它负责自动释放所指向的对象。

我们平时创建动态内存及释放内存的方式，例如：

int *pt = new int(11);
delete pt;

使用智能指针的方式是：

shared_ptr<int> p = make_shared<int>(11);

shared_ptr允许多个指针指向同一个对象，即指向同一块内存。每个shared_ptr都有一个关联的计数器，通常称为引用计数。无论何时我们拷贝一个shared_ptr，计数器都会递增。例如，当用一个shared_ptr初始化另一个shared_ptr，或将它作为参数传递给一个函数以及作为函数返回值时，它所关联的计数器都会递增。当一个shared_ptr被销毁（比如离开所属的作用域），其计数器就会减1。一旦一个shared_ptr的计数器变为0，它就会自动释放自己所管理的对象。

智能指针shared_ptr和unique_ptr所支持的操作见下图：

使用动态内存的一个常见原因时允许多个对象共享相同的状态。书中定义了StrBlob类，引用了shared_ptr的功能，实现我们所希望的数据共享。我们在StrBlob设置一个shared_ptr来管理动态分配的vector。此shared_ptr的成员将记录有多少个StrBlob共享相同的vector，并在vector的最后一个使用者被销毁时释放vector。

StrBlob类代码如下，但比书中多增加了两个成员函数，printBlob()用于输出vector容器的内容，useCount()用于统计共享内存的引用计数。

// StrBlob.h

#pragma once
#include <string>
#include <vector>
#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <initializer_list>
#include <algorithm>
#include <memory>
using namespace std;

class StrBlob
{
public:
	typedef vector<string>::size_type size_type;

	StrBlob();
	~StrBlob();
	StrBlob(initializer_list<string> il);

	size_type size() const { return data->size(); }
	bool empty() const { return data->empty(); }

	// 添加和删除元素
	void push_back(const string &t) { data->push_back(t); }
	void pop_back();

	// 元素访问
	string &front();
	string &front() const;
	string &back();
	string &back() const;

	// 打印元素
	void printBlob();
	// 统计共享动态内存引用计数
	unsigned long useCount();

private:
	shared_ptr<vector<string>> data;
	void check(size_type i, const string &msg) const;

};

// StrBlob.cpp

#include "StrBlob.h"

StrBlob::StrBlob() : data(make_shared<vector<string>>())
{
}

StrBlob::StrBlob(initializer_list<string> il) : data(make_shared<vector<string>>(il))
{
}

StrBlob::~StrBlob()
{
}

void StrBlob::check(size_type i, const string &msg) const
{
	if (i >= data->size())
		throw out_of_range(msg);
}

string& StrBlob::front()
{
	check(0, "front on empty StrBlob");
	return data->front();
}

string& StrBlob::front() const
{
	check(0, "front on empty StrBlob");
	return data->front();
}

string& StrBlob::back()
{
	check(0, "back on empty StrBlob");
	return data->front();
}

string& StrBlob::back() const
{
	check(0, "back on empty StrBlob");
	return data->front();
}

void StrBlob::pop_back()
{
	check(0, "pop_back on empty StrBlob");
	data->pop_back();
}

void StrBlob::printBlob()
{
	for_each(data->begin(), data->end(), [](const string& s) {cout << left << setw(12) << s;});
	cout << endl;
}

// 统计共享动态内存的引用计数
unsigned long StrBlob::useCount()
{
	return data.use_count();
}

mian()函数中的调用部分如下：

#include "StrBlob.h"

int main()
{
	StrBlob blob1;
	cout << blob1.size() << endl;
	cout << blob1.useCount() << endl;

	{
		StrBlob blob2({"Hello", "Morning", "Best Wishes"});
		blob1 = blob2;
		blob2.push_back("Good Luck");
		cout << blob1.size() << endl;
		cout << blob1.useCount() << endl;
		cout << blob2.useCount() << endl;
	}
	blob1.printBlob();
	cout << blob1.useCount() << endl;
	
	StrBlob blob3({"apple", "pear", "banana", "orange"});
	blob3.printBlob();
	cout << blob3.useCount() << endl;
	return 0;
}

其允许结果如下：