智能指针的简单剖析和实现
在C语言中我们用指针来进行内存管理,这也是C语言的强大之处。然而,也正是指针的存在使得C语言变得令人懊恼,内存泄漏、垂悬指针等等问题。强大的C++则采用智能指针(Smart_Ptr)来处理这个问题.
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好了,什么是智能指针呢?智能指针的行为类似常规指针,重要的区别是它负责自动释放所指向的对象。这样以防止内存泄漏。
智能指针都有哪些种类呢?
通过上述表格可以看出有如此多的智能指针,C11标准库已经引进unique_ptr/shared_ptr/weak_ptr供我们使用。
下面来简单谈谈这些指针的原理和实现。
First——>auto ptr
auto ptr的实现原理主要是管理权的转移。它是所拥有的对象的唯一拥有者,也就是一个对象只有一个拥有者。
代码实现:
templateclass AutoPtr { public: AutoPtr(T* Ptr) :_Ptr(Ptr) {} ~AutoPtr() { if(_Ptr!=NULL) { delete _Ptr; } } AutoPtr(AutoPtr & ap) { _Ptr=ap._Ptr; ap._Ptr=NULL; } AutoPtr operator=(AutoPtr & ap) { if(&ap!=this) { delete _Ptr; _Ptr=ap._Ptr; ap._Ptr=NULL; } return *this; } T& operator*() { return *_Ptr; } T* operator->() { return _Ptr; } private: T* _Ptr; };
通过代码我们可以看出由于auto ptr指针唯一性,即一个对象只能有一个auto ptr指针所指向它。因此,当auto ptr以传值方式被作为参数传递给某函数时,这时对象的原来拥有者就放弃了对象的拥有权,把它转移到被调用函数中的参数上,如果函数不再将拥有权传递出去,由于形参的作用域仅仅为函数内部,当函数退出时,它所指向的对象将被销毁。当函数返回一个auto ptr时,其拥有权又被转移到了调用端。因此,我们尽量不要使用auto ptr传参,或者引用传递。此外,auto ptr 还不能作为容器的成员,C++标准明确禁止这样做。
Second——>scoped ptr
scoped ptr与auto ptr类似,它实现的原理则是防拷贝,也就是它不能转移管理权,所以不能被赋值或者拷贝构造。那么,我们可以将拷贝构造和赋值运算符重载函数只声明不实现,并将其声明为保护,那么也就防止了别人在类外实现它。
代码实现:
templateclass ScopedPtr { public: ScopedPtr(T* Ptr) :_Ptr(Ptr) {} ~ScopedPtr() { if(_Ptr!=NULL) { delete _Ptr; } } T& operator*() { return *_Ptr; } T* operator->() { return _Ptr; } protected: T* _Ptr; ScopedPtr(ScopedPtr & sp); ScopedPtr & operator=(ScopedPtr & sp); };
通过代码可以看出scoped ptr 的实现十分的简单粗暴,动态分配对象的生命周期限制在特定的作用域,采用scoped ptr可以有作用域保护,使用起来也优于auto ptr。
Third——>shared ptr
shared ptr顾名思义就是共享,所以也就是说多个指针可以指向同一个内存,它所采用的是引用计数的原理,也就是引进了一个计数器shared_count,用来表示当前有多少个智能指针对象共享指针指向的内存。因此shared_ptr可以做为STL容器的元素。析构函数中不是直接释放指针对应的内块,shared_count大于1则不释放内存只是将引用计数减1,只是计数等于1时释放内存。这样避免了一块内存被多次析构的问题。
代码实现:
templateclass SharedPtr { public: SharedPtr(T* Ptr) :_Ptr(Ptr) ,_Pcount(new long(1)) {} ~SharedPtr() { _Release(); } SharedPtr(SharedPtr & sp) :_Ptr(sp._Ptr) ,_Pcount(sp._Pcount) { ++(*_Pcount); } SharedPtr & operator=(SharedPtr & sp) { if(&sp!=this) { _Release(); _Ptr=sp._Ptr; _Pcount=sp._Pcount; ++(*_Pcount); } } T& operator*() { return *_Ptr; } T* operator->() { return _Ptr; } long UseCount() { return *_Pcount; } T* GetPtr() { return _Ptr; } protected: T* _Ptr; long *_Pcount; void _Release() { if(--(*_Pcount)==0) { delete _Ptr; delete _Pcount; } } };
由上述代码可知,我们在拷贝和赋值也会将引用计数进行递增,而实现也只是一般的复制。
动态对象的正确释放是编程中最容易出错的地方,利用智能指针可以更安全的使用动态对象,使得我们的程序更高效、安全。
文章名称:智能指针的简单剖析和实现
文章地址:http://scyanting.com/article/pdojgg.html