c++ shared_ptr的使用


shared_ptr.是c++為了提高指針安全性而添加的智能指針,方便了內存管理。功能非常強大,非常強大,非常強大(不單單是shared_ptr,配合week_ptr以及enable_share_from_this()以及share_from_this())!!!對於支持智能指針的c++版本編程,能用智能指針就用智能指針!

shared_ptr是一種智能指針(smart pointer),作用有如同指針,但會記錄有多少個shared_ptrs共同指向一個對象。這便是所謂的引用計數(reference counting)。一旦最后一個這樣的指針被銷毀,也就是一旦某個對象的引用計數變為0,這個對象會被自動刪除。這在非環形數據結構中防止資源泄露很有幫助。使得指針可以共享對象,並且不用考慮內存泄漏問題
shared_ptr 可以支持普通指針的所有操作,完全可以像操作普通指針一樣操作智能指針。
shared_ptr 可以通過三種方式得到(拷貝初始化,定義delete操作的方式不在羅列,只討論初始化指針所指對象來源):
1.通過一個指向堆上申請的空間的指針初始化(切記不要用棧上的指針,否則,當智能指針全部釋放控制權(棧中的對象離開作用域本身就會析構一次),將會析構對象,導致出錯)
2.通過make_shared函數得到
3.通過另外一個智能指針初始化
#include <memory>  
#include <iostream>  
int main()  
{  
    int *p = new int(30);  
    std::shared_ptr<int> bptr(p);//方式1  
    std::shared_ptr<int> aptr = std::make_shared<int>(20);//方式  
    std::shared_ptr<int> cptr(aptr);  
    std::cout << "aptr.use_count() = " << aptr.use_count() <<"  value = "<<*aptr<<std::endl;//use_count 是引用計數器  
    std::cout << "bptr.use_count() = " << bptr.use_count() <<"  value = "<<*bptr<<std::endl;  
    std::cout << "cptr.use_count() = " << cptr.use_count() <<"  value = "<<*cptr<<std::endl;  
    //輸出是:2,20  
    //       1,30  
    //       2,20  
}   

下面是使用shared_ptr 的一些注意事項:

0. 禁止純指針給智能指針賦值或者拷貝構造。

int* a=new int(2);    
shared_ptr<int>sp=a;//  error    
sp=a;//    error   

  

1. shared_ptr多次引用同一數據,會導致兩次釋放同一內存。如下:
{
int* pInt = new int[100];
shared_ptr<int> sp1(pInt);
// 一些其它代碼之后…
shared_ptr<int> sp2(pInt);
}

2.使用shared_ptr包裝this指針帶來的問題,如下:

class tester 
{
public:
  tester()
  ~tester()
  {
    std::cout << "析構函數被調用!\n"; 
  }
public:
  shared_ptr<tester> sget()
  {
    return shared_ptr<tester>(this);
  }
};

int main()
{
  tester t;
  shared_ptr<tester> sp =  t.sget(); // …
  return 0;
}

也將導致兩次釋放t對象破壞堆棧,一次是出棧時析構,一次就是shared_ptr析構。若有這種需要,可以使用下面代碼。

class tester : public enable_shared_from_this<tester>
{
public:
  tester()
  ~tester()
  {
  std::cout << "析構函數被調用!\n"; 
  }
public:
 shared_ptr<tester> sget()
  {
  return shared_from_this();
  }
};

int main()
{
  shared_ptr<tester> sp(new tester);
  // 正確使用sp 指針。
  sp->sget();
  return 0;
}

3. shared_ptr循環引用導致內存泄露,代碼如下:

class parent;
class child; 

typedef shared_ptr<parent> parent_ptr;
typedef shared_ptr<child> child_ptr; 

class parent
{
public:
       ~parent() { 
              std::cout <<"父類析構函數被調用.\n"; 
       }
public:
       child_ptr children;
};

class child
{
public:
       ~child() { 
              std::cout <<"子類析構函數被調用.\n"; 
       }
public:
       parent_ptr parent;
};

int main()
{
  parent_ptr father(new parent());
  child_ptr son(new child);
  // 父子互相引用。
  father->children = son;
  son->parent = father;
  return 0;
}

如上代碼,將在程序退出前,father的引用計數為2,son的計數也為2,退出時,shared_ptr所作操作就是簡單的將計數減1,如果為0則釋放,顯然,這個情況下,引用計數不為0,於是造成father和son所指向的內存得不到釋放,導致內存泄露。 

4.在多線程程序中使用shared_ptr應注意的問題。代碼如下:

class tester 
{
public:
  tester() {}
  ~tester() {}
  // 更多的函數定義…
};

void fun(shared_ptr<tester> sp)
{
  // !!!在這大量使用sp指針.
  shared_ptr<tester> tmp = sp;
}

int main()
{
  shared_ptr<tester> sp1(new tester);
  // 開啟兩個線程,並將智能指針傳入使用。
  thread t1(bind(&fun, sp1));
  thread t2(bind(&fun, sp1));
  t1.join();
  t2.join();
  return 0;
}

這個代碼帶來的問題很顯然,由於多線程同時訪問智能指針,並將其賦值到其它同類智能指針時,很可能發生兩個線程同時在操作引用計數(但並不一定絕對發生),而導致計數失敗或無效等情況,從而導致程序崩潰,如若不知根源,就無法查找這個bug,那就只能向上帝祈禱程序能正常運行。

引入weak_ptr可以解決這個問題,將fun函數修改如下:


void fun(weak_ptr<tester> wp)
{

//這個方案只解決了多線程對引用計數同時訪問的讀寫問題,並沒有解決對share_ptr指向的數據的多線程安全問題,因此weak_ptr只是安全的獲得share_ptr的一種方式,因為可以確保在獲得share_ptr的時候的多線程安全
  shared_ptr<tester> sp = wp.lock;
  if (sp)
  {
    // 在這里可以安全的使用sp指針.
  }
  else
  {
    std::cout << “指針已被釋放!” << std::endl;
  }


5.weak_ptr不僅可以解決多線程訪問帶來的安全問題,而且還可以解決上面第三個問題循環引用。Children類代碼修改如下,即可打破循環引用:

class child
{
public:
  ~child() { 
   std::cout <<"子類析構函數被調用.\n"; 
  }
public:
  weak_ptr<parent> parent;
};

因為weak_ptr不增加引用計數,所以可以在退出函數域時,正確的析構。

weak_ptr 介紹:

weak_ptr是為了配合shared_ptr而引入的一種智能指針,它更像是shared_ptr的一個助手而不是智能指針,因為它不具有普通指針的行為,沒有重載operator*和->,它的最大作用在於協助shared_ptr工作,像旁觀者那樣觀測資源的使用情況.
用法:
 weak_ptr被設計為與shared_ptr共同工作,可以從一個shared_ptr或者另一個weak_ptr對象構造,獲得資源的觀測權。但weak_ptr沒有共享資源,它的構造不會引起指針引用計數的增加。
 使用weak_ptr的成員函數use_count()可以觀測資源的引用計數,另一個成員函數expired()的功能等價於use_count()==0,但更快,表示被觀測的資源(也就是shared_ptr的管理的資源)已經不復存在。
 weak_ptr可以使用一個非常重要的成員函數lock()從被觀測的shared_ptr獲得一個可用的shared_ptr對象, 從而操作資源。但當expired()==true的時候,lock()函數將返回一個存儲空指針的shared_ptr.

share_ptr 的 aliasing constructor:

可以使得share_ptr 擁有某個對象控制權的時候,存儲指針(storage pointer,shared_ptr 還有一個概念叫owned ptr 指向存儲當前控制對象相關信息)指向另外一個對象,模板如下:

template <class U> shared_ptr (const shared_ptr<U>& x, element_type* p) noexcept;

  該構造函數是的shared_ptr 管理 x 指針指向對象,會將計數器加一,並且在釋放控制權時減一,如有需要還會調用析構函數,但是不同的是它storage ptr 指向的是p,調用 share_ptr.get() 會返回 p ,一般的用途在 p所指對象是x所指對象的成員或者別名(alias)[這段是翻譯的,總之,aliasing constructor 還是慎用吧]

 本文轉載於:https://blog.csdn.net/man_sion/article/details/77196766


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