[4 使用C++11解决内存泄漏问题] 4.1 shared_ptr / 4.2 unique_ptr / 4.3 weak_ptr

本文主要是介绍[4 使用C++11解决内存泄漏问题] 4.1 shared_ptr / 4.2 unique_ptr / 4.3 weak_ptr，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

智能指针是存储指向动态分配（堆内存）对象指针的类。

通用实现技术是使用引用计数。每使用它一次，引用计数加1，每析构一次，引用计数减1，减为0时，删除所指向的堆内存。

C++11提供三种智能指针，std::shared_ptr,std::unique_prt和std::weak_ptr。需引用头文件。

4.1 shared_ptr共享的智能指针

shared_ptr使用引用计数，每一个shared_ptr的拷贝都指向相同的内存。在最后一个shared_ptr析构时，内存被释放。

4.1.1 shared_ptr基本用法

1.初始化

[1]构造函数

std::shared_ptr<int> p(new int(10));

[2]std::make_shared辅助函数        

auto p = std::make_shared<int>(10);

优先使用，更高效

[3]reset方法

std::shared_ptr p;p.reset(new int(10));

2.获取原始指针

auto p = std::make_shared<int>(10);int *ptr = p.get();
// 智能指针不能打印，打印智能指针的原始指针地址
cout << "ptr:" << ptr << endl;

3.指定删除器

智能指针初始化时可以指定删除器:

void DeleteIntPtr(int *p) {delete p;}std::shared_ptr<int> p(new int, DeleteIntPtr);

当p的引用计数为0时，会自动调用DeleteIntPtr删除器来释放对象的内存。

删除器可以写为lamda表达式:

std::shared_ptr<int> p(new int, [](int *p){ delete p; });

注意:

shared_ptr管理动态数组时，需要指定删除器。因为shared_ptr的默认删除器不支持数组对象:

std::shared_ptr<int> p(new int[10], [](int *p){ delete[] p; });           //delete[]

4.1.2 使用shared_ptr注意的问题

1.不要用一个原始指针初始化多个shared_ptr

int *p = new int;shared_ptr<int> ptr1(p);shared_ptr<int> ptr2(p);

会导致重复析构

2.不要在函数实参中创建shared_ptr

f(shared_ptr<int>(new int), g())

函数参数的执行顺序是由编译器决定的，上述参数的执行顺序可能是，

new int，g()，shared_ptr，此时如果g()发生异常shared_ptr没有执行，则出现内存泄漏。

解决方法:

shard_ptr<int> p(new int);f(p, g());

3.不要将this指针作为shared_ptr直接返回出来，应该使用shared_from_this()返回this指针

this指针是裸指针，直接返回出来可能导致重复析构:

class A {shared_ptr<A> GetSelf() {return shared_ptr<A>(this);}};int main() {shared_ptr<A> sp1(new A);shared_ptr<A> sp2 = sp1->GetSelf();return 0;}

离开作用域后，this将会被构造的两个智能指针各自析构，导致重复析构。

解决方法:

class A:public std::enable_shared_from_this<A> {shared_ptr<A> GetSelf() {return shared_from_this();}};int main() {shared_ptr<A> sp1(new A);shared_ptr<A> sp2 = sp1->GetSelf();return 0;}

使用shared_from_this()原因见4.3.2。

4.避免循环引用，循环引用会导致内存泄漏

典型场景:

class A;class B;class A {std::shared_ptr<B> ptrb;~A() {cout << "A is deleted!" << endl;}}class B {std::shared_ptr<A> ptra;~B() {cout << "B is deleted!" << endl;}}void TestPtr() {std::shared_ptr<A> pa(new A);std::shared_ptr<B> pb(new B);pa->ptrb = pb;pb->ptra = pa;}

测试结果是A和B都不会被析构，存在内存泄漏。循环引用导致pa和pb的引用计数为2，离开作用域后，pa和pb的引用计数减为1，不会被析构。

解决方法:

把A和B任何一个成员变量改为weak_ptr，见4.3.3。

4.2 unique_ptr独占的智能指针

unique_ptr不允许其他智能指针来共享其内部的指针，不允许赋值(复制)操作。

unique_ptr<T> p(new T);unique_ptr<T> p1 = p;       //错误，不能复制

unique_ptr不允许复制，但允许转移，这样它本身就不再拥有原来指针的所有权了。

unique_ptr<T> p(new T);unique_ptr<T> p1 = std::move(p);       //正确

C++14提供了make_unique来创建unique_ptr。

unique_ptr可以指向一个数组，shared_ptr不可以。

std::unique_ptr<int []> p(new int[10]);       //正确p[9] = 9;std::shared_ptr<int []> p(new int[10]);     //错误

std::unique_ptr指定删除器的时候和std::shared_ptr不一样，需要确定删除器的类型。

std::shared_ptr<int> ptr(new int(1), [](int *p){ delete p;});   //正确std::unique_ptr<int> ptr(new int(1), [](int *p){ delete p;});   //错误std::unique_ptr<int, void(*)(int *)> ptr(new int(1), [](int *p){ delete p;});   //错误

使用场景:

如果希望只有一个智能指针管理资源或数组则用unique_ptr，希望多个智能指针管理资源则用shared_ptr。

4.3 weak_ptr弱引用的智能指针

weak_ptr，它的构造不会增加引用计数，它的析构不会减少引用计数。它不共享指针，所以没有重载*和->操作符。

主要目的是通过shared_ptr获得资源的监视权，来监视shared_ptr中管理的资源是否存在。

4.3.1 weak_ptr基本用法

1.通过use_count()来获得当前观测资源的引用计数

shared_ptr<int> sp(new int(10));weak_ptr<int> wp(sp);cout << wp.use_count() << endl;     //1

2.通过expired()来判断当前观测资源是否已经释放

shared_ptr<int> sp(new int(10));weak_ptr<int> wp(sp);if(wp.expired()) {cout << "监测指针被释放，weak_ptr无效!"} else {cout << "监测指针未被释放，weak_ptr有效!"}

3.通过lock()来获取所监视的shared_ptr

shared_ptr<int> sp(new int(10));weak_ptr<int> wp(sp);auto spt = wp.lock();cout << *spt << endl;      //10

4.3.2 weak_ptr返回this指针

解释4.1.2第3点，3.不要将this指针作为shared_ptr直接返回出来，应该使用shared_from_this()返回this指针

class A:public std::enable_shared_from_this<A> {shared_ptr<A> GetSelf() {return shared_from_this();}};int main() {shared_ptr<A> sp1(new A);shared_ptr<A> sp2 = sp1->GetSelf();return 0;}

std::enable_shared_from_this类中有一个weak_ptr,调用shared_from_this()时会调用这个weak_ptr的lock(),返回监测的shared_ptr。

weak_ptr不会增加引用计数，所以不会出现重复析构的问题。

4.3.3 weak_ptr解决循环引用问题

解释4.1.2第4点，4.避免循环引用，循环引用会导致内存泄漏

解决方法：

class A;class B;class A {std::shared_ptr<B> ptrb;~A() {cout << "A is deleted!" << endl;}}class B {std::weak_ptr<A> ptra;            //改为weak_ptr~B() {cout << "B is deleted!" << endl;}}void TestPtr() {std::shared_ptr<A> pa(new A);std::shared_ptr<B> pb(new B);pa->ptrb = pb;pb->ptra = pa;}

解释:

ptra时weak_ptr，引用计数不会增加，所以pa的引用计数为1.析构时pa的引用计数减少为0，对象A正常析构。

pa析构后，ptrb引用计数2减为1，离开作用域后，pb的引用计数1减为0，对象B正常析构。

4.4 通过智能指针管理第三方库分配的内存

void *p = GetHandle()->Create();//do something...GetHandle()->Release();

优化为：

void *p = GetHandle()->Create();std::shared_ptr<void> sp(p, [this](void *p){ GetHandle()->Release(p);});

上述代码可以保证任何时候能正确释放第三方库分配的内存。

这篇关于[4 使用C++11解决内存泄漏问题] 4.1 shared_ptr / 4.2 unique_ptr / 4.3 weak_ptr的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

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