C++11 unique_ptr智能指針詳解

在《 C++11 shared_ptr智能指針》的基礎上，本節繼續講解 C++11 標准提供的另一種智能指針，即 unique_ptr 智能指針。

作為智能指針的一種，unique_ptr 指針自然也具備“在適當時機自動釋放堆內存空間”的能力。和 shared_ptr 指針最大的不同之處在於，unique_ptr 指針指向的堆內存無法同其它 unique_ptr 共享，也就是說，每個 unique_ptr 指針都獨自擁有對其所指堆內存空間的所有權。

這也就意味着，每個 unique_ptr 指針指向的堆內存空間的引用計數，都只能為 1，一旦該 unique_ptr 指針放棄對所指堆內存空間的所有權，則該空間會被立即釋放回收。

unique_ptr 智能指針是以模板類的形式提供的，unique_ptr<T>（T 為指針所指數據的類型）定義在 <memory>頭文件，並位於 std 命名空間中。因此，要想使用 unique_ptr 類型指針，程序中應首先包含如下 2 條語句：

1. #include <memory>
2. using namespace std;

第 2 句並不是必須的，可以不添加，則后續在使用 unique_ptr 指針時，必須標注std::。

unique_ptr智能指針的創建

考慮到不同實際場景的需要，unique_ptr<T> 模板類提供了多個實用的構造函數，這里給讀者列舉了幾種常用的構造 unique_ptr 智能指針的方式。

1) 通過以下  2 種方式，可以創建出空的 unique_ptr 指針：

1. std::unique_ptr<int> p1();
2. std::unique_ptr<int> p2(nullptr);

2) 創建 unique_ptr 指針的同時，也可以明確其指向。例如：

1. std::unique_ptr<int> p3(new int);

由此就創建出了一個 p3 智能指針，其指向的是可容納 1 個整數的堆存儲空間。

和可以用 make_shared<T>() 模板函數初始化 shared_ptr 指針不同，C++11 標准中並沒有為 unique_ptr 類型指針添加類似的模板函數。

3) 基於 unique_ptr 類型指針不共享各自擁有的堆內存，因此 C++11 標准中的 unique_ptr 模板類沒有提供拷貝構造函數，只提供了移動構造函數。例如：

1. std::unique_ptr<int> p4(new int);
2. std::unique_ptr<int> p5(p4);//錯誤，堆內存不共享
3. std::unique_ptr<int> p5(std::move(p4));//正確，調用移動構造函數

值得一提的是，對於調用移動構造函數的 p4 和 p5 來說，p5 將獲取 p4 所指堆空間的所有權，而 p4 將變成空指針（nullptr）。

4) 默認情況下，unique_ptr 指針采用 std::default_delete<T> 方法釋放堆內存。當然，我們也可以自定義符合實際場景的釋放規則。值得一提的是，和 shared_ptr 指針不同，為 unique_ptr 自定義釋放規則，只能采用函數對象的方式。例如：

1. //自定義的釋放規則
2. struct myDel
3. {
4. void operator()(int *p) {
5. delete p;
6. }
7. };
8. std::unique_ptr<int, myDel> p6(new int);
9. //std::unique_ptr<int, myDel> p6(new int, myDel());

unique_ptr<T>模板類提供的成員方法

為了方便用戶使用 unique_ptr 智能指針，unique_ptr<T> 模板類還提供有一些實用的成員方法，它們各自的功能如表 1 所示。

表 1 unique_ptr指針可調用的成員函數

成員函數名	功 能
operator*()	獲取當前 unique_ptr 指針指向的數據。
operator->()	重載 -> 號，當智能指針指向的數據類型為自定義的結構體時，通過 -> 運算符可以獲取其內部的指定成員。
operator =()	重載了 = 賦值號，從而可以將 nullptr 或者一個右值 unique_ptr 指針直接賦值給當前同類型的 unique_ptr 指針。
operator []()	重載了 [] 運算符，當 unique_ptr 指針指向一個數組時，可以直接通過 [] 獲取指定下標位置處的數據。
get()	獲取當前 unique_ptr 指針內部包含的普通指針。
get_deleter()	獲取當前 unique_ptr 指針釋放堆內存空間所用的規則。
operator bool()	unique_ptr 指針可直接作為 if 語句的判斷條件，以判斷該指針是否為空，如果為空，則為 false；反之為 true。
release()	釋放當前 unique_ptr 指針對所指堆內存的所有權，但該存儲空間並不會被銷毀。
reset(p)	其中 p 表示一個普通指針，如果 p 為 nullptr，則當前 unique_ptr 也變成空指針；反之，則該函數會釋放當前 unique_ptr 指針指向的堆內存（如果有），然后獲取 p 所指堆內存的所有權（p 為 nullptr）。
swap(x)	交換當前 unique_ptr 指針和同類型的 x 指針。

除此之外，C++11標准還支持同類型的 unique_ptr 指針之間，以及 unique_ptr 和 nullptr 之間，做 ==，!=，<，<=，>，>= 運算。

下面程序給大家演示了 unique_ptr 智能指針的基本用法，以及該模板類提供了一些成員方法的用法：

1. #include <iostream>
2. #include <memory>
3. using namespace std;
5. int main()
6. {
7. std::unique_ptr<int> p5(new int);
8. *p5 = 10;
9. // p 接收 p5 釋放的堆內存
10. int * p = p5.release();
11. cout << *p << endl;
12. //判斷 p5 是否為空指針
13. if (p5) {
14. cout << "p5 is not nullptr" << endl;
15. }
16. else {
17. cout << "p5 is nullptr" << endl;
18. }
20. std::unique_ptr<int> p6;
21. //p6 獲取 p 的所有權
22. p6.reset(p);
23. cout << *p6 << endl;;
24. return 0;
25. }

程序執行結果為：

10
p5 is nullptr
10