C++11 智能指针

2019-11-14 12:51:05

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供稿：网友

[置顶] c++11智能指针解析——揭开底层面纱，完整理解智能指针

标签： c++11c++C语言对象2016-01-07 17:00 1531人阅读评论(0) 收藏举报

分类：c++（12）

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昨天跟同事小小的研究了下关于不同平台下的字节对齐问题，起因是遇到了一个坑，vs上没有问题，在安卓上却崩溃了。找了半天后发现是c++字节补齐问题，期间包括使用#PRagma pack(1)来限定字节对齐方式等各种条件，也是把我们搞的七晕八素，总算是进一步了解了c++对象结构以及编译器的操作（有机会的话也补充下字节对齐的理解）。进而想到了智能指针，稍微了解下。第一次接触智能指针，天知道大学期间自己有多不努力，很多知识点都得留到现在来补齐，所以还是做做笔记吧。

简断截说：c++的入门坑点大家都是有目共睹的，无非就是指针的理解不深导致一些野指针，内存泄露等问题，所以就不赘述。智能指针正好能够弥补这些问题，因为它本质是存放在栈的模板对象，只是在栈内部包了一层指针。而栈在其生命周期结束时，其中的指针指向的堆内存也自然被释放了。因而实现了智能管理的效果，不需要考虑内存问题了，其实有点类似某种单例写法，程序运行结束，也不用考虑单例对象内存问题。

本次讨论：C++11之前的auto_ptr; c++11新加的unique_ptr, shared_ptr以及weak_ptr。

头文件：#include <memory>

1.auto_ptr

auto_ptr是我第一个看的智能指针，也是标准库里的智能指针，有许多缺陷。

首先看下结构：

从图中可以看书也是一个模板，使用方法大致类似于vector模板。如下：

[cpp] view plain copy

class Base1 { //__int64 ss; //public: bool dd; int m_itest; public: virtual void func(){ cout << "test successed" << endl; } };//先写一个测试类 main函数如下：

[cpp] view%20plain copy

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) { auto_ptr <Base1> base1(new Base1);//可理解为先声明一个名为base1的Base1类型智能指针，然后再base1里面管理new Base1 if (base1.get())//get是智能指针的函数，返回当前当前智能指针对象，即用以判断是否为空 { base1->func(); } return 0; } 正常用法是这样，然而我们可以再仔细翻看下底层：

从上图可以看出，该智能指针成员函数也与vector相似，很容易得出

1、base1.get()：返回当前指针对象；

2、base1.release()：清空当前智能指针对象，并返回类型指针。所以假如我们要正常删除，那么需要这样：

[cpp] view plain copy

Base1*base2 = base1.release(); delete base2; 很麻烦对不对，没关系，还有第三个函数呢

3、base1.reset()：从图中可看出，是重置智能指针，即把内存删除，且智能指针指向空，但类型不变，所以可以这样安全便捷地删除：

[cpp] view%20plain copy

base1.reset();

然而继续看，还有一个问题：auto_ptr还重载了等号操作符，由图可知意思是把赋值智能指针的内存交给被赋值智能指针，即如下意思：

[cpp] view plain copy

auto_ptr <Base1> base2; base2 = base1;//将base1的控制权转交给base2，且base1清空了 base2->func(); 因此这样就有些问题，控制权可以随便转换，但是只有一个在用，用起来会受到诸多限制，所以有了下面的智能指针。

介绍之前先上一张别人的表格，来源：http://my.oschina.net/hevakelcj/blog/465978，这是c++11中的智能指针与boost库中的比较，原本boost就是为完善auto_ptr搞得这些，现在c++11有了，也就不需要再用咯。

2.unique_ptr

C++11引入了许多便捷的功能，其中也包括这个，在用之前我们可以先看下底层：

可以清楚的看到，unique_ptr中的拷贝构造和赋值操作符delete了，所以也就意味着，他和auto_ptr有区别，控制权唯一，不能随意转换。用法都差不多：

[cpp] view plain copy

unique_ptr<Base1> base1(new Base1); unique_ptr<Base1> base2;//但是不能用拷贝构造和等号赋值把base1赋值给base2了 但是如果想切换控制权的话也不是没有办法，我们可以看到还有个这样的函数：

要理解这两个函数，首先要理解c++11引入的move和forward；而要理解move和forward得先理解左值和右值概念。所以还是讲全一点吧（已经了解的就直接跳过可以）：

补充知识点（其实可以直接看我下一篇更方便理解：点击打开链接）：

1、左值与右值：

左值指的是既能够出现在等号左边也能出现在等号右边的变量(或表达式)，右值指的则是只能出现在等号右边的变量(或表达式)。需要注意的是，左值是指表达式结束后依然存在的持久对象，而右值是指表达式结束时就不再存在的临时对象。T& 指向的是 lvalue，而 const T& 指向的，却可能是 lvalue 或 rvalue，左值引用&与右值引用&&（右值引用是c++11加上的）。

2、move和forward：

需要明确的是，move函数可以是用于构造函数，也可以用于赋值函数，但都需要手动显示添加。其实move函数用直白点的话来说就是省去拷贝构造和赋值时中间的临时对象，将资源的内存从一个对象移动到（共享也可以）另一个对象。官话是：c++11 中的 move() 是这样一个函数，它接受一个参数，然后返回一个该参数对应的右值引用。

std::forward<T>(u) 有两个参数：T 与 u。当T为左值引用类型时，u将被转换为T类型的左值，否则u将被转换为T类型右值。如此定义std::forward是为了在使用右值引用参数的函数模板中解决参数的完美转发问题。

其实这里说的不够清晰，下次翻译一篇国外的解释，阅读下来就能很好理解move这个概念了，这里先不深入。

回到这张图，这两个函数体也就很明朗了——重载move版本的拷贝构造函数以及重载move版本的等号赋值函数。

意思就是：把右值的对象（right）移动给左值（_myt&），并且右值清空。

那么用法来了：

[cpp] view plain copy

unique_ptr<Base1> base1(new Base1); unique_ptr<Base1> base2=move(base1);//base1变成empty unique_ptr<Base1> base3; base3 = move(base2);//base2变成empty 其它的成员函数就不一一赘述，和auto_ptr大致上是相同的。总结，某种程度来说比auto_ptr更为安全，适用部分特殊情况。

3.shared_ptr

如果完全理解了上面两个ptr的底层，那么shared_ptr的也就容易理解多了。但是和前两者有很大区别——

前两者控制权唯一，切换的时候把前面的清除。而shared_ptr不会，照例看下底层：