一起聊聊C++中的智能指针

目录

一:背景

二:关键词解析

1. auto_ptr

2. auto_ptr 多引用问题

一:背景

我们知道 C++ 是手工管理内存的分配和释放,对应的操作符就是 new/delete 和 new[] / delete[], 这给了程序员极大的自由度也给了我们极高的门槛,弄不好就得内存泄露,比如下面的代码:

void test() { int* i = new int(10); *i = 10; } int main() { test(); }

这段代码因为用了 new 而忘了 delete,导致在 nt heap 上分配的 i 随着栈地址的回收而成了一块孤悬海外的内存占用,所以修正后的代码如下:

void test() { int* i = new int(10); *i = 10; delete i; } int main() { test(); }

但这种写法比较麻烦,智者千虑必有一失,总会有忘记加 delete 的时候,那怎么办呢? 大家应该知道内存自动管理有两种手段。

1.引用计数

代表作有 Python,PHP,还有 windows 的句柄管理。

2.引用跟踪

代表作有 C#,JAVA 等一众工程化语言。

因为 引用计数 实现比较简单,主要就是记录下对象的引用次数,次数为 0 则释放,所以可完全借助 类的构造函数析构函数 和 栈的自动回收特性 弄一个简单的 引用计数 ,对应着如下四个关键词。

auto_ptr

shared_ptr

unique_ptr

weak_ptr

接下来我们逐个聊一聊。

二:关键词解析 1. auto_ptr

这是 C++ 最早出现一个的 简单引用计数法,参考代码如下:

void test() { auto_ptr<int> ptr = auto_ptr<int>(new int(10)); } int main() { test(); }

接下来看下汇编代码:

    auto_ptr<int> ptr = auto_ptr<int>(new int(10));
...
00771D26  call        std::auto_ptr<int>::auto_ptr<int> (07710FAh)  
00771D2B  lea         ecx,[ebp-0D8h]  
00771D31  call        std::auto_ptr<int>::~auto_ptr<int> (0771159h) 

可以看到,它分别调用了 构造函数 和 析构函数,接下来找下 auto_ptr 这两个函数的源码。

class auto_ptr { private: _Ty* _Myptr; // the wrapped object pointer public: auto_ptr(auto_ptr_ref<_Ty> _Right) noexcept { _Ty* _Ptr = _Right._Ref; _Right._Ref = nullptr; // release old _Myptr = _Ptr; // reset this } ~auto_ptr() noexcept { delete _Myptr; } }

源码一看就明白了,在构造函数中,将 new int 的地址塞给了内部的 _Myptr 指针,在析构函数中对 _Myptr 进行 delete ,真好,这样就不用整天担心有没有加 delete 啦。

值得注意的是,现在 C++ 不推荐这个了,而是建议使用新增的:shared_ptr,unique_ptr,weak_ptr, 怎么说呢? auto_ptr 有一个不好处理的问题,就是现实开发中会出现这么个场景,多个 ptr 指向同一个 引用,如下图:

2. auto_ptr 多引用问题

方式1:

定义三个 ptr,然后包装同一个 new int 地址,参考代码如下:

void test() { int* i = new int(10); auto_ptr<int> ptr1(i); auto_ptr<int> ptr2(i); auto_ptr<int> ptr3(i); }

这种写法有没有问题呢? 肯定有问题啦,还记得 auto_ptr 的析构是 delete 吗? 对同一块内存多次 delete 会抛异常的,如下图所示:

方式2:

既然定义三个有问题, 那就用赋值运算符= 让 ptr1,ptr2,ptr3 指向同一个地址是不是就可以啦? 参考代码如下:

void test() { int* i = new int(10); auto_ptr<int> ptr1(i); auto_ptr<int> ptr2 = ptr1; auto_ptr<int> ptr3 = ptr2; } int main() { test(); }

那这段代码有没有问题呢? 有没有问题得要看 = 运算符是如何重写的,扒一下源码看看。

template <class _Other> auto_ptr& operator=(auto_ptr<_Other>& _Right) noexcept { reset(_Right.release()); return *this; } _Ty* release() noexcept { _Ty* _Tmp = _Myptr; _Myptr = nullptr; return _Tmp; }

从源码看有一个很恶心的点,他会将 _Right 下的 _Myptr 设为 nullptr,也就是说此时的 ptr1 报废了,言外之意就是后续再访问 ptr1 会抛 访问违例。

哈哈,C++里面的专业术语叫 控制权转移。

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