c++ enable_shared_from_this

本文探讨了`std::enable_shared_from_this`的作用,它如何解决对象被多次释放的问题,通过实例展示了如何正确使用它以确保资源安全。关键点在于理解引用计数和智能指针的行为,以及如何通过继承来防止资源错误释放。

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        std::enable_shared_from_this 是一个类模板,那它是用来干嘛的呢?光看它的名字可能可以猜出它是:返回指向当前对象的shared_ptr智能指针。在说明它的作用前我们可以看一下如下代码:

#include <memory>
#include <iostream>

class A
{
public:
    A()
    {
        std::cout << "A()" << std::endl;
    }

    ~A()
    {
        std::cout << "~A()" << std::endl;
    }

    std::shared_ptr<A> getSharedPtr()
    {
        std::shared_ptr<A> ptr(this);
        return ptr;
    }
};


int main()
{
    std::shared_ptr<A> ptr1(new A());
    std::shared_ptr<A> ptr2 = ptr1->getSharedPtr();

    return 0;
}

类 A 中有一个函数 getSharedPtr() 函数,用于返回指向当前对象的一个智能打针,就是用 this 构造了一个智能指针进行返回,我们看一下这样会不会有问题呢?执行结果如下:

 

执行没有异常,那这样用是正确的吗?在回答前我们再来看一下修改的代码:

#include <memory>
#include <iostream>

class A
{
public:
    A(): mPtr(new int(10))
    {
        std::cout << "A(), *mPtr = " << *mPtr <<std::endl;
    }

    ~A()
    {
        std::cout << "~A()" << std::endl;
        delete mPtr;
        mPtr = nullptr;
    }

    std::shared_ptr<A> getSharedPtr()
    {
        std::shared_ptr<A> ptr(this);
        return ptr;
    }
private:
    int *mPtr;
};


int main()
{
    std::shared_ptr<A> ptr1(new A());
    std::shared_ptr<A> ptr2 = ptr1->getSharedPtr();


    return 0;
}

 类 A 里多加了一个指针成员变量 mPtr,同时在构造函数里 mPtr 指向了 new 出来的内存空间,初始化为 10;在析构函数里 delete mPtr,这些都属于正常操作,那执行结果如何呢?

 可以看出是 free 了无效的指针导致程序崩溃。我们应该能看到是重复释放的问题,这里我们将裸指针赋给了智能指针,这样做潜在的危险就是对象被多次释放。我们加两行打印看一下,打印出智能指针的引用计数是怎样的:

#include <memory>
#include <iostream>

class A
{
public:
    A(): mPtr(new int(10))
    {
        std::cout << "A(), *mPtr = " << *mPtr <<std::endl;
    }

    ~A()
    {
        std::cout << "~A()" << std::endl;
        delete mPtr;
        mPtr = nullptr;
    }

    std::shared_ptr<A> getSharedPtr()
    {
        std::shared_ptr<A> ptr(this);
        return ptr;
    }
private:
    int *mPtr;
};


int main()
{
    std::shared_ptr<A> ptr1(new A());
    std::shared_ptr<A> ptr2 = ptr1->getSharedPtr();

    std::cout << ptr1.use_count() << std::endl;
    std::cout << ptr2.use_count() << std::endl;

    return 0;
}

 智能指针 ptr1 和 ptr2 的引用计数都是 1,说明它们指向的不是同一个资源(这里可能会有人疑惑两个智能指针指向同一个地址,怎么引用计数没有增加呢?而且在 shared_ptr 的实现中,是不是只在拷贝构造和赋值操作operator=才会增加引用计数呢?)。所以这里两个智能指针,释放两次,而这两次释放的是同一个地址,所以崩溃了。那 enable_shread_from_this 的作用就是解决这个问题,使用如下:

#include <memory>
#include <iostream>

class A: public std::enable_shared_from_this<A>
{
public:
    A()
    {
        std::cout << "A()" << std::endl;
    }

    ~A()
    {
        std::cout << "~A()" << std::endl;
        delete ptr;
        ptr = nullptr;
    }

    std::shared_ptr<A> getSharedPtr()
    {
        return shared_from_this();
    }
private:
    int *ptr;
};


int main()
{
    std::shared_ptr<A> ptr1(new A());
    std::shared_ptr<A> ptr2 = ptr1->getSharedPtr();

    std::cout << ptr1.use_count() << std::endl;
    std::cout << ptr2.use_count() << std::endl; 
    return 0;
}

我们看到,两个智能指针的引用计数都为2,这两个智能指针指向了相同的资源,在 main 函数退出后,两个智能指针释放,引用计数变为 0,资源释放正常。 

<think>我们正在讨论C++中的`std::enable_shared_from_this`模板类。根据用户的要求,我们需要介绍其作用、原理和使用方法。同时,我们需要遵循系统级指令,包括使用正确的LaTeX格式、中文回答、生成相关问题,并在引用末尾添加引用标识。 根据提供的引用内容: -引用[1]提到:使用`enable_shared_from_this`必须建立在对象本身被`shared_ptr`管理的前提下,否则会抛出`std::bad_weak_ptr`异常(从C++17开始)。其实现原理与`weak_ptr`密切相关。-引用[2]提到:`enable_shared_from_this`允许对象通过`shared_from_this()`成员函数获得指向自身的`shared_ptr`,用于解决多线程中的悬空指针问题。-引用[3]提到:`enable_shared_from_this`的主要设计目的是解决在类的成员函数中安全地创建`std::shared_ptr`实例的问题,避免两个常见问题(具体问题将在回答中说明)。 因此,我们的回答将围绕这些点展开。 ###回答结构:1.**作用**:解释为什么需要`enable_shared_from_this`,它解决了什么问题。2.**原理**:简要说明其内部实现机制(涉及`weak_ptr`)。 3. **使用方法**:展示如何正确使用这个模板类,并强调注意事项(特别是对象必须由`shared_ptr`管理)。4.**注意事项**:包括异常情况和错误用法。同时,我们将按照要求生成相关问题。###注意事项: -使用`$...$`表示行内数学表达式,但在这个主题中可能数学表达式较少,主要涉及代码和概念。 -独立公式使用`$$...$$`,但同样可能较少。-使用中文回答。 下面开始正式回答。</think>### C++ `enable_shared_from_this` 原理与使用详解 #### **作用与核心问题** `std::enable_shared_from_this` 是 C++ 标准库提供的模板类,用于解决**在对象内部安全获取指向自身的 `shared_ptr`** 的问题。主要避免以下两种错误场景: 1. **多个独立 `shared_ptr` 管理同一对象** 若在类成员函数中直接通过 `this` 创建新 `shared_ptr`(如 `shared_ptr<T>(this)`),会导致多个独立控制块存在,引发重复析构(双释放): ```cpp class Widget { public: void error() { auto sp = std::shared_ptr<Widget>(this); // 危险!独立控制块 } }; ``` 2. **返回裸指针导致悬空引用** 若返回 `this` 裸指针,外部可能将其转换为 `shared_ptr`,同样引发控制块冲突[^3]。 #### **实现原理** `enable_shared_from_this` 的核心依赖 `weak_ptr` 实现: 1. **内部维护 `weak_ptr`** 类继承 `enable_shared_from_this` 后,内部会隐式包含一个 `std::weak_ptr` 成员(通常命名为 `weak_this`)。 2. **构造时初始化 `weak_ptr`** 当对象被 `shared_ptr` 管理时,`shared_ptr` 构造函数会检测基类是否为 `enable_shared_from_this`。若是,则用当前 `shared_ptr` 初始化内部的 `weak_this`。 $$ \text{shared\_ptr<T>::shared\_ptr(T* ptr)} \rightarrow \text{若 T 继承 enable\_shared\_from\_this,则 weak\_this = *this} $$ 3. **`shared_from_this()` 工作流程** ```cpp shared_ptr<T> shared_from_this() { return weak_this.lock(); // 转为 shared_ptr(引用计数增加) } ``` 此操作要求 `weak_this` 已初始化,否则抛出 `std::bad_weak_ptr`[^1]。 #### **正确使用方法** 1. **继承模板类** ```cpp class MyClass : public std::enable_shared_from_this<MyClass> { public: std::shared_ptr<MyClass> get_ptr() { return shared_from_this(); // 安全获取 } }; ``` 2. **对象必须由 `shared_ptr` 管理** ```cpp // 正确用法 auto obj = std::make_shared<MyClass>(); auto sp = obj->get_ptr(); // 引用计数变为 2 // 错误用法:未通过 shared_ptr 构造 MyClass raw_obj; raw_obj.get_ptr(); // 抛出 std::bad_weak_ptr ``` 3. **禁止在构造函数中调用** 构造函数执行时 `weak_this` 尚未初始化,调用 `shared_from_this()` 会导致未定义行为。 #### **典型应用场景** 1. **异步回调** 在多线程中传递自身智能指针,确保对象生命周期覆盖回调执行: ```cpp class Session : public enable_shared_from_this<Session> { void async_send() { auto self = shared_from_this(); io_service.post([self] { self->handle_send(); }); // 避免回调时对象被销毁 } }; ``` 2. **链式调用** ```cpp class Parser : public enable_shared_from_this<Parser> { shared_ptr<Parser> set_option(Option opt) { options_ = opt; return shared_from_this(); // 返回自身指针用于链式调用 } }; ``` #### **注意事项** - **前置条件**:对象必须已被 `shared_ptr` 管理,否则 `shared_from_this()` 抛异常(C++17 起)[^1]。 - **性能开销**:内部 `weak_ptr` 带来少量内存和原子操作开销。 - **替代方案**:C++23 引入 `std::make_shared_from_this` 简化构造。 > 关键总结:`enable_shared_from_this` 通过 `weak_ptr` 桥接 `shared_ptr` 的控制块,实现安全共享自身所有权,是异步编程和资源管理的核心工具[^2][^3]。
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