智能指针（带引用计数、不带引用计数、自定义删除器）

2024-05-01 16:28
文章标签 指针 自定义 引用 智能 计数 删除 不带

本文主要是介绍智能指针（带引用计数、不带引用计数、自定义删除器），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！

目录

1.不带引用计数的智能指针

1.1 auto_ptr

1.2 scoped_ptr

 1.3 unique_ptr

2.带引用计数的智能指针

2.1 强智能指针循环引用（交叉引用）问题

2.2 多线程访问共享对象问题

2.3 自定义智能指针（shared_ptr仿写）

 3.自定义删除器

1.不带引用计数的智能指针

1.1 auto_ptr

auto_ptr是C++函数库中的

ptr1指向内存区域。

拷贝构造后，ptr2指向内存区域，ptr1置空。

auto_ptr解决浅拷贝的策略：

永远让最后一个指针管理资源，之前的指针都置成nullptr ，如果再访问之前的指针，程序会崩溃。所以，不推荐使用。

#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;int main()
{	auto_ptr<int> ptr1(new int);auto_ptr<int> ptr2(ptr1);*ptr2 = 20;cout << *ptr1 << endl;
}

1.2 scoped_ptr

解决浅拷贝的方法简单粗暴，直接删除拷贝构造和赋值运算符重载函数，不支持赋值功能，赋值的话会报错。

scoped_ptr(const scoped_ptr<T>&) = delete;
scoped_ptr<T>& operator=(const scoped_ptr<T>&) = delete;

从 C++11 开始，std::unique_ptr 成为了标准库中的一部分，它提供了与 scoped_ptr 类似的功能，但更加完善和灵活。std::unique_ptr 支持自定义删除器（deleter），可以与标准库容器（如 std::vector）一起使用，并且提供了移动语义，允许在不进行深复制的情况下转移所有权。 

 1.3 unique_ptr

同scoped_ptr一样，也删除了拷贝构造函数和赋值运算符重载函数，但是支持右值引用作为参数的函数。

unique_ptr(const unique_ptr<T>&) = delete;
unique_ptr<T>& operator=(const unique_ptr<T>&) = delete;unique_ptr(unique_ptr<T>&& src);
unique_ptr<T>& operator=(unique_ptr<T>&& src);
template <typename T>
unique_ptr<T> getSmartPtr()
{unique_ptr<T> ptr(new T());return ptr;
}
int main()
{unique_ptr<int> p1(new int);//unique_ptr<int> p2(p1);//错误，拷贝构造函数已在底部被删除//std::move=>C++11右值引用  std::move得到当前变量的右值类型unique_ptr<int> p2(std::move(p1));unique_ptr<int> ptr1 = getSmartPtr<int>();ptr1 = getSmartPtr<int>();
}

unique_ptr同样是让最后一个指针管理资源，之前的指针都置成nullptr，与auto_ptr不同的是，unique_ptr的这个特点是用户可以感知到的，因为用户如果需要赋值，必须要使用move，将原指针管理的资源挪到现指针。

2.带引用计数的智能指针

主要介绍shared_ptr和weak_ptr两个智能指针

什么是带引用计数的智能指针？

当允许多个智能指针指向同一个资源的时候，每一个智能指针都会给资源的引用计数加1，当一个智能指针析构时，同样会使资源的引用计数减1，这样最后一个智能指针把资源的引用计数从1减到0时，就说明该资源可以释放了，由最后一个智能指针的析构函数来处理资源的释放问题，这就是引用计数的概念。

要对资源的引用个数进行计数，那么大家知道，对于整数的++或者- -操作，它并不是线程安全的操作，因此shared_ptr和weak_ptr底层的引用计数已经通过CAS操作，保证了引用计数加减的原子特性，因此shared_ptr和weak_ptr本身就是线程安全的带引用计数的智能指针。

曾经有一道面试的问题这样问“shared_ptr智能指针的引用计数在哪里存放？”，当然，这个问题需要看shared_ptr的源码了，如下：

private:/*下面这两个是shared_ptr的成员变量，_Ptr是指向内存资源的指针，_Rep是指向new出来的计数器对象的指针，该计数器对象包含了资源的一个引用计数器count*/element_type * _Ptr{nullptr};_Ref_count_base * _Rep{nullptr};

因此，shared_ptr智能指针的资源引用计数器在内存的heap堆上。shared_ptr一般被称作强智能指针，weak_ptr被称作弱智能指针。

2.1 强智能指针循环引用（交叉引用）问题

如下代码：

#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;class B; // 前置声明类B
class A
{
public:A() { cout << "A()" << endl; }~A() { cout << "~A()" << endl; }shared_ptr<B> _ptrb; // 指向B对象的智能指针
};
class B
{
public:B() { cout << "B()" << endl; }~B() { cout << "~B()" << endl; }shared_ptr<A> _ptra; // 指向A对象的智能指针
};
int main()
{shared_ptr<A> ptra(new A());// ptra指向A对象，A的引用计数为1shared_ptr<B> ptrb(new B());// ptrb指向B对象，B的引用计数为1ptra->_ptrb = ptrb;// A对象的成员变量_ptrb也指向B对象，B的引用计数为2ptrb->_ptra = ptra;// B对象的成员变量_ptra也指向A对象，A的引用计数为2cout << ptra.use_count() << endl; // 打印A的引用计数结果:2cout << ptrb.use_count() << endl; // 打印B的引用计数结果:2/*出main函数作用域，ptra和ptrb两个局部对象析构，分别给A对象和B对象的引用计数从2减到1，达不到释放A和B的条件（释放的条件是A和B的引用计数为0），因此造成两个new出来的A和B对象无法释放，导致内存泄露，这个问题就是“强智能指针的交叉引用(循环引用)问题”*/return 0;
}

测试结果：

 

可以看到，A和B对象并没有进行析构，造成内存泄露，原因如下：

能够看出“交叉引用”的问题所在，就是对象无法析构，资源无法释放，那怎么解决这个问题呢？请注意强弱智能指针的一个重要应用规则：定义对象时，用强智能指针shared_ptr，在其它地方引用对象时，使用弱智能指针weak_ptr。

代码如下：

_ptra.lock()方法将弱指针提升为强指针，弱指针只能观察资源而不能使用资源，提升为强智能指针后就可以访问类A中的成员方法了。


class B;
class A
{
public:A() { cout << "A()" << endl; }~A() { cout << "~A()" << endl; }void testA() { cout << "非常好用的方法" << endl; }weak_ptr<B> _ptrb;
};class B
{
public:B() { cout << "B()" << endl; }~B() { cout << "~B()" << endl; }void func(){shared_ptr<A> ps = _ptra.lock();//提升方法，转变为强指针if (ps != nullptr)//提升成功，（指针还在，没有被释放）{ps->testA();}}weak_ptr<A> _ptra;//无法访问资源
};int main()
{shared_ptr<A> pa(new A());shared_ptr<B> pb(new B());pa->_ptrb = pb;pb->_ptra = pa;cout << pa.use_count() << endl;cout << pb.use_count() << endl;return 0;
}

测试结果：

 

2.2 多线程访问共享对象问题

智能指针解决多线程访问共享对象的线程安全问题

2.3 自定义智能指针（shared_ptr仿写）

//对资源进行引用计数的类
template<typename T>
class RefCnt
{
public:RefCnt(T* ptr=nullptr):mptr(ptr){if (mptr != nullptr)mcount = 1;}void addRef() { mcount++; }//增加资源的引用计数int delRef() { return --mcount; }
private:T* mptr;int mcount;//目前实现的，mcount++,--mcount不是线程安全的，库中采用的是原子类型，atomic_int  CAS
};
template<typename T>
class CSmartPtr//shared_ptr
{
public:CSmartPtr(T* ptr = nullptr) :mptr(ptr) {mpRefCnt = new RefCnt<T>(mptr);}~CSmartPtr() {if (0 == mpRefCnt->delRef()){delete mptr;mptr = nullptr;}}T& operator*() { return *mptr; }T* operator->() { return mptr; }CSmartPtr(const CSmartPtr<T>& src):mptr(src.mptr),mpRefCnt(src.mpRefCnt){mpRefCnt->addRef();}CSmartPtr<T>& operator=(const CSmartPtr<T>& src){if (this == &src)return *this;if (0 == mpRefCnt->delRef()){delete mptr;}mptr = src.mptr;mpRefCnt = src.mpRefCnt;mpRefCnt->addRef();return *this;}
private:T* mptr;//指向资源的指针RefCnt<T> *mpRefCnt;//指向该资源引用计数对象的指针
};int main()
{CSmartPtr<int> ptr1(new int);CSmartPtr<int> ptr2(ptr1);CSmartPtr<int> ptr3;ptr3 = ptr2;*ptr1 = 20;cout << *ptr2 << " " << *ptr3 << endl;return 0;
}

 3.自定义删除器

我们经常用智能指针管理的资源是堆内存，当智能指针出作用域的时候，在其析构函数中会delete释放堆内存资源，但是除了堆内存资源，智能指针还可以管理其它资源，比如打开的文件，此时对于文件指针的关闭，就不能用delete了，这时我们需要自定义智能指针释放资源的方式，先看看unique_ptr智能指针的析构函数代码，如下：

~unique_ptr() noexcept
{	// destroy the object
if (get() != pointer()){this->get_deleter()(get()); // 这里获取底层的删除器，进行函数对象的调用}
}template<typename T>class default_delete{public:void operator()(T* ptr){delete ptr;}
};

从unique_ptr的析构函数可以看到，如果要实现一个自定义的删除器，实际上就是定义一个函数对象而已，代码如下：

#include <functional>template<typename T>
class MyDeletor
{
public:void operator()(T* ptr)const{cout << "call MyDeletor.operator()" << endl;delete[]ptr;}
};template<typename T>
class MyFileDeletor
{
public:void operator()(T* ptr)const{cout << "call MyDeletor.operator()" << endl;fclose(ptr);}
};int main()
{unique_ptr<int, MyDeletor<int>> ptr1(new int[100]);//delete []ptr1unique_ptr<FILE, MyFileDeletor<FILE>> ptr2(fopen("data.txt", "w"));return 0;
}

当然这种方式需要定义额外的函数对象类型，不推荐，可以用C++11提供的函数对象function和lambda表达式更好的处理自定义删除器，代码如下：

int main()
{//lambda表达式=》函数对象 functionunique_ptr<int, function<void(int*)>> ptr1(new int[100],[](int* p)->void {cout << "call lambda release new int[100]" << endl;delete[] p;});unique_ptr<FILE, function<void(FILE*)>> ptr2(fopen("data.txt", "w"),[](FILE* p)->void {//指向返回值cout << "call lambda release new fopen" << endl;fclose(p);});return 0;
}

这篇关于智能指针（带引用计数、不带引用计数、自定义删除器）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！


http://www.chinasem.cn/article/952136。

相关文章

Vite 打包目录结构自定义配置小结

Vite 打包目录结构自定义配置小结

《Vite打包目录结构自定义配置小结》在Vite工程开发中,默认打包后的dist目录资源常集中在asset目录下,不利于资源管理,本文基于Rollup配置原理,本文就来介绍一下通过Vite配置自定义... 目录一、实现原理二、具体配置步骤1. 基础配置文件2. 配置说明（1）js 资源分离（2）非 JS 资
阅读更多...
聊聊springboot中如何自定义消息转换器

聊聊springboot中如何自定义消息转换器

《聊聊springboot中如何自定义消息转换器》SpringBoot通过HttpMessageConverter处理HTTP数据转换,支持多种媒体类型,接下来通过本文给大家介绍springboot中... 目录核心接口springboot默认提供的转换器如何自定义消息转换器Spring Boot 中的消息
阅读更多...
MySQL 数据库表操作完全指南:创建、读取、更新与删除实战

MySQL 数据库表操作完全指南:创建、读取、更新与删除实战

《MySQL数据库表操作完全指南:创建、读取、更新与删除实战》本文系统讲解MySQL表的增删查改（CURD）操作,涵盖创建、更新、查询、删除及插入查询结果,也是贯穿各类项目开发全流程的基础数据交互原... 目录mysql系列前言一、Create(创建)并插入数据1.1 单行数据 + 全列插入1.2 多行数据
阅读更多...
mybatisplus的逻辑删除过程

mybatisplus的逻辑删除过程

《mybatisplus的逻辑删除过程》：本文主要介绍mybatisplus的逻辑删除过程,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助,如有错误或未考虑完全的地方,望不吝赐教... 目录myBATisplus的逻辑删除1、在配置文件中添加逻辑删除的字段2、在实体类上加上@TableLogic3、业务层正常删除即
阅读更多...
MybatisPlus中removeById删除数据库未变解决方案

MybatisPlus中removeById删除数据库未变解决方案

《MybatisPlus中removeById删除数据库未变解决方案》MyBatisPlus中,removeById需实体类标注@TableId注解以识别数据库主键,若字段名不一致,应通过value属... 目录MyBATisPlus中removeBypythonId删除数据库未变removeById(Se
阅读更多...
Python自定义异常的全面指南(入门到实践)

Python自定义异常的全面指南(入门到实践)

《Python自定义异常的全面指南(入门到实践)》想象你正在开发一个银行系统,用户转账时余额不足,如果直接抛出ValueError,调用方很难区分是金额格式错误还是余额不足,这正是Python自定义异... 目录引言：为什么需要自定义异常一、异常基础：先搞懂python的异常体系1.1 异常是什么？1.2
阅读更多...
Linux中的自定义协议+序列反序列化用法

Linux中的自定义协议+序列反序列化用法

《Linux中的自定义协议+序列反序列化用法》文章探讨网络程序在应用层的实现,涉及TCP协议的数据传输机制、结构化数据的序列化与反序列化方法,以及通过JSON和自定义协议构建网络计算器的思路,强调分层... 目录一，再次理解协议二，序列化和反序列化三，实现网络计算器3.1 日志文件3.2Socket.hpp
阅读更多...
C语言自定义类型之联合和枚举解读

C语言自定义类型之联合和枚举解读

《C语言自定义类型之联合和枚举解读》联合体共享内存,大小由最大成员决定,遵循对齐规则；枚举类型列举可能值,提升可读性和类型安全性,两者在C语言中用于优化内存和程序效率... 目录一、联合体1.1 联合体类型的声明1.2 联合体的特点1.2.1 特点11.2.2 特点21.2.3 特点31.3 联合体的大小1
阅读更多...
使用Python构建智能BAT文件生成器的完美解决方案

使用Python构建智能BAT文件生成器的完美解决方案

《使用Python构建智能BAT文件生成器的完美解决方案》这篇文章主要为大家详细介绍了如何使用wxPython构建一个智能的BAT文件生成器,它不仅能够为Python脚本生成启动脚本,还提供了完整的文... 目录引言运行效果图项目背景与需求分析核心需求技术选型核心功能实现1. 数据库设计2. 界面布局设计3
阅读更多...
C++11右值引用与Lambda表达式的使用

C++11右值引用与Lambda表达式的使用

《C++11右值引用与Lambda表达式的使用》C++11引入右值引用,实现移动语义提升性能,支持资源转移与完美转发；同时引入Lambda表达式,简化匿名函数定义,通过捕获列表和参数列表灵活处理变量... 目录C++11新特性右值引用和移动语义左值 / 右值常见的左值和右值移动语义移动构造函数移动复制运算符
阅读更多...

Copyright China编程 23002807@qq.com

沪ICP备2023033072号-2