模板类之智能指针

智能指针

1. 定义

行为类似于指针的类对象，但还有其他功能。

智能指针能够帮助管理动态内存分配

要创建智能指针对象，必须包含头文件 memory 。

有三类：auto_ptr , unique_ptr , shared_ptr 。其中 auto_ptr 已经被 C++11 摒弃。

2. 注意事项

为什么会有三种智能指针？

三种智能指针可以处理一个问题，就是两个指针对象赋值后的内存释放问题：两个指针同时指向一个空间，那释放内存时同一块空间将被释放两次。

三种处理方式：

• 定义运算符，进行深拷贝
• 建立所有权（ownership），只有一个指针对象能够拥有这块内存空间，赋值操作后所有权转让。这是 auto_ptr , unique_ptr 的策略
• 创建智能更高的指针，跟踪引用这个对象的智能指针数量，称为引用计数（reference counting） 。例如赋值时，count+1，指针过期 delete 时，count-1。这是 shared_ptr 的策略

3. unique_ptr 为何优于 auto_ptr

unique_ptr 会在编译阶段就报错， auto_ptr 则会在运行阶段使程序崩溃

这样一看，在编译阶段就报错的操作更好。

unique_ptr 是怎么解决呢，当把一个临时右值赋给智能指针对象时，赋值操作将合法。因为临时右值将会在复制后快速被销毁，就不会造成 指针悬挂 。

unique_ptr 还有一个有点。他有一个可用于数组的变体：

• delete 和 delete[] 配对
• new 和 new[] 配对

而 auto_ptr 则没有。

4. 如何选择

shared_ptr

如果程序要使用多个指向同一个对象的指 针，应选择 shared_ptr。例子：

• 有一个指针数组，并使用一 些辅助指针来标识特定的元素，如最大的元素和最小的元素；
• 两个对象 包含都指向第三个对象的指针；
• STL 容器包含指针。

很多 STL 算法都支 持复制和赋值操作，这些操作可用于 shared_ptr，但不能用于 unique_ptr（编译器发出警告）和 auto_ptr（行为不确定）。如果您的编 译器没有提供 shared_ptr，可使用 Boost 库提供的 shared_ptr。

unique_ptr

• 如果程序不需要多个指向同一个对象的指针，则可使用 unique_ptr。
• 如果函数使用 new 分配内存，并返回指向该内存的指针，将其返回类型声明为 unique_ptr 是不错的选择。这样，所有权将转让给接受返回值的 unique_ptr，而该智能指针将负责调用 delete。
• 可将 unique_ptr 存储到 STL 容器中，只要不调用将一个 unique_ptr 复制或赋给另一个的 法或算法（如 sort( )）。

在满足 unique_ptr 要求的条件时，也可使用 auto_ptr，但 unique_ptr 是 更好的选择。如果您的编译器没有提供 unique_ptr，可考虑使用 BOOST 库提供的 scoped_ptr，它与 unique_ptr 类似。

weak_ptr

weak_ptr<T> w;	 	//创建空 weak_ptr，可以指向类型为 T 的对象
weak_ptr<T> w(sp);	//与 shared_ptr 指向相同的对象，shared_ptr 引用计数不变。T必须能转换为 sp 指向的类型
w=p;				//p 可以是 shared_ptr 或 weak_ptr，赋值后 w 与 p 共享对象
w.reset();			//将 w 置空
w.use_count();		//返回与 w 共享对象的 shared_ptr 的数量
w.expired();		//若 w.use_count() 为 0，返回 true，否则返回 false
w.lock();			//如果 expired() 为 true，返回一个空 shared_ptr，否则返回非空 shared_ptr

示例

#include < assert.h>

#include <iostream>
#include <memory>
#include <string>

using namespace std;

int main() {
	shared_ptr<int> sp(new int(10));
	assert(sp.use_count() == 1);
	weak_ptr<int> wp(sp); 	// 从 shared_ptr 创建 weak_ptr
	assert(wp.use_count() == 1);
	if (!wp.expired()) {	// 判断 weak_ptr 观察的对象是否失效
		shared_ptr<int> sp2 = wp.lock();	// 获得一个 shared_ptr
		*sp2 = 100;
		assert(wp.use_count() == 2);
	}
	assert(wp.use_count() == 1);
	cout << "int:" << *sp << endl;
    return 0;
}