C++ 标准库中的智能指针

普通的指针通常是由 new 创建对象，然后由 delete 析构对象并释放空间。在实际使用中，特别是多线程环境下，人工管理指针很容易忘记 delete 导致内存泄漏，或者错误 delete 产生无效指针。智能指针则正是为了解决这一问题，参见 cpp reference - 标准库头文件 <memory>。

智能指针通过引用计数（即其指向的对象被多少个智能指针所引用），一方面能够自动管理对象的释放，另一方面也能够方面地判断指针是否有效（被 delete 的指针无法直接判断是否失效，还需要手动赋值为 nullptr，但智能指针可用通过引用计数是否为0来判断是否有效）。

C++11 给标准库引入了三个新的智能指针 shared_ptr 、weak_ptr 和 unique_ptr，而原先的 auto_ptr 则被弃用（由unique_ptr代替），并在 C++17 中被移除。这边主要学习记录一下三个新的智能指针不同的用法。

共享指针 shared_ptr

多个共享指针能够占有同一个对象，而当最后一个占有某对象的共享指针被析构或者被赋值为另一个指针时（= 或 reset），该对象被析构。

普通的共享指针是线程不安全的，也就是说如果两个不同线程中的共享指针占有同一个对象，并且同时调用该对象的非 const 成员函数，就会导致数据竞争。这种情况下要么加锁进行线程同步，要么可用使用原子共享指针，即 atomic<shared_ptr<T>>。

共享指针的使用：

shared_ptr<T> ptr(p); // 使用普通指针 p 构造共享指针 ptr
ptr1 = ptr2; // 将共享指针 ptr2 赋值给共享指针 ptr1，两者指向同一对象，引用计数加一
shared_ptr<T> ptr = make_shared<T>(); // make_shared 直接从对象 T 的构造函数创建共享指针
T* p = ptr.get(); // 从共享指针 ptr 获取其管理的普通指针
int num = ptr.use_count(); // 获取引用计数，返回 0 表示指针无效
if(ptr) {...} // 判断一个共享指针是否有效
ptr.reset(); // 重置共享指针，即释放被管理对象的所有权，自身变为无效指针
ptr.reset(p); // 重置共享指针 ptr，并接管普通指针 p 指向的对象

弱指针 weak_ptr

共享指针对被管理对象的引用是“强”引用，也就是说当一个对象被任意一个共享指针引用时，其它共享指针就无法析构这个对象（因为引用计数没有归零）。

相对的，weak_ptr 就是一种“弱”引用（不增减引用计数），被弱指针管理的对象随时都可能被其它共享指针析构，而且弱指针必须转换为共享指针才能访问所引用的对象。

弱指针一个很重要的用途是打破共享指针所管理的对象的环形引用。至于环形引用如何产生，以及弱指针如何解决这一问题，参见打破shared_ptr智能指针使用时可能导致的环形引用。

弱指针的使用：

weak_ptr<T> wp = sp; // 将共享指针 sp 赋值给弱指针 wp，引用计数不变
bool isExpired = wp.expired(); // 检查被引用对象是否已经被删除
shared_ptr<T> sp = wp.lock(); // 将弱指针转化为共享指针，以便访问被引用的对象，引用计数加一

独占指针 unique_ptr

顾名思义，独占指针所管理的对象是其独占的，因此独占指针无法复制，而且当一个独占指针被销毁或者接管另一个对象（= 或 reset）时，其原先管理的对象将被销毁。

独占指针的使用：

unique_ptr<T> ptr(p); // 使用普通指针 p 构造独占指针 ptr
unique_ptr<T> ptr = make_unique<T>(); // make_unique 直接从对象 T 的构造函数创建独占指针
ptr.reset(p); // 独占指针销毁原先管理的对象，并接管普通指针 p 指向的对象
ptr1 = std::move(ptr2); // 将独占指针 ptr2 的对象转移给 ptr1（共享指针或独占指针）
                        // ptr2变为无效指针，ptr1 原先管理的对象被释放或销毁
if(ptr) {...} // 判断一个独占指针是否有效

最后编辑于：2020.02.27 21:32:58