C++ 带有指针成员的类处理方式 / 憋错料

在一个类中，如果类没有指针成员，一切方便，因为默认合成的析构函数会自动处理所有的内存。但是如果一个类带了指针成员，那么需要我们自己来写一个析构函数来管理内存。在<<c++ primer>> 中写到，如果一个类需要我们自己写析构函数，那么这个类，也会需要我们自己写拷贝构造函数和拷贝赋值函数。

析构函数：

我们这里定义一个类HasPtr，这个类中包含一个int 类型的指针。然后定义一个析构函数，这个函数打印一句话。

HasPtr.h 类的头文件

 1 #pragma once
 2 #ifndef __HASPTR__
 3 #define __HASPTR__
 4
 5 class HasPtr
 6 {
 7 public:
 8     HasPtr(int i,int *p);
 9     //HasPtr& operator=(HasPtr&);
10     //HasPtr(const HasPtr&);
11     ~HasPtr();
12     int get_ptr_value();
13     void set_ptr_value(int *p);
14     int get_val();
15     void set_val(int v);
16 private:
17     int val;
18     int *ptr;
19 };
20
21 #endif // !__HASPTR__

HasPtr.cpp 类的实现

 1 #include "stdafx.h"
 2
 3 #include <iostream>
 4 #include "HasPtr.h"
 5
 6 using namespace std;
 7
 8 HasPtr::HasPtr(int i, int *p)
 9 {
10     val = i;
11     ptr = p;
12 }
13
14 int HasPtr::get_ptr_value()
15 {
16     return *ptr;
17 }
18
19 void HasPtr::set_ptr_value(int *p)
20 {
21     ptr = p;
22 }
23
24 int HasPtr::get_val()
25 {
26     return val;
27 }
28
29 void HasPtr::set_val(int v)
30 {
31     val = v;
32 }
33
34 HasPtr::~HasPtr()
35 {
36     cout << "destructor of HasPtr " << endl;
37 }

ClassWithPointer 类，包含main入口，HasPtr在stack上。

 1 // ClassWithPointer.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
 2 //
 3
 4 #include "stdafx.h"
 5 #include <iostream>
 6 #include "HasPtr.h"
 7 using namespace std;
 8
 9 int main()
10 {
11     int temp = 100;
12     HasPtr ptr(2,&temp);
13     cout << ptr.get_ptr_value() << endl;
14     cout << ptr.get_val() << endl;
15     system("PAUSE");
16     system("PAUSE");
17     return 0;
18 }

执行该入口方法，发现最后还是打印了析构函数这句话，OK，在main 方法中，stack上定义了一个HasPtr，在main方法退出前，析构函数自动调用了。

如果将HasPtr改为动态对象，也就是放在堆上呢？

ClassWithPointer 类，包含main入口，HasPtr在heap上。

 1 // ClassWithPointer.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
 2 //
 3
 4 #include "stdafx.h"
 5 #include <iostream>
 6 #include "HasPtr.h"
 7 using namespace std;
 8
 9 int main()
10 {
11     int temp = 100;
12     //HasPtr ptr(2,&temp);
13     HasPtr *ptr = new HasPtr(2,&temp);
14     cout << ptr->get_ptr_value() << endl;
15     cout << ptr->get_val() << endl;
16     system("PAUSE");
17     return 0;
18 }

执行一下，发现析构函数没有调用。OK，我们在return 0前面添加一个delete ptr; 析构函数执行了。

所以，这里有两个结论：

当一个对象在stack 上时，析构函数自动调用。
当一个对象在heap上时，需要调用delete 语句，析构函数才会被执行。

现在在析构函数中调用delete 语句来删除指针成员。

头文件不变，HasPtr.cpp 文件代码如下：

 1 #include "stdafx.h"
 2
 3 #include <iostream>
 4 #include "HasPtr.h"
 5
 6 using namespace std;
 7
 8 HasPtr::HasPtr(int i, int *p)
 9 {
10     val = i;
11     ptr = p;
12 }
13
14 int HasPtr::get_ptr_value()
15 {
16     return *ptr;
17 }
18
19 void HasPtr::set_ptr_value(int *p)
20 {
21     ptr = p;
22 }
23
24 int HasPtr::get_val()
25 {
26     return val;
27 }
28
29 void HasPtr::set_val(int v)
30 {
31     val = v;
32 }
33
34 HasPtr::~HasPtr()
35 {
36     cout << "destructor of HasPtr " << endl;
37     delete ptr;
38 }

ClassWithPointer 代码如下：

 1 // ClassWithPointer.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
 2 //
 3
 4 #include "stdafx.h"
 5 #include <iostream>
 6 #include "HasPtr.h"
 7 using namespace std;
 8
 9 int main()
10 {
11     int temp = 100;
12     HasPtr ptr(2,&temp);
13     cout << ptr.get_ptr_value() << endl;
14     cout << ptr.get_val() << endl;
15     system("PAUSE");
16     return 0;
17 }

执行一下，正常打印结束后，抛出错误：

这里说明delete 不能删除stack 上的指针值。

现在在ClassWithPointer传入一个动态指针来测试一下。

 1 // ClassWithPointer.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
 2 //
 3
 4 #include "stdafx.h"
 5 #include <iostream>
 6 #include "HasPtr.h"
 7 using namespace std;
 8
 9 int main()
10 {
11     int *temp = new int(100);
12     HasPtr ptr(2,temp);
13     cout << ptr.get_ptr_value() << endl;
14     cout << ptr.get_val() << endl;
15     system("PAUSE");
16     return 0;
17 }

执行后析构函数正常运行。所以这里有两个结论：

delete 语句不能删除stack 上的指针值。
delete 语句只能删除heap上的指针值，也就是new 出来的对象。

默认拷贝构造函数和默认赋值操作：

这里我们调用默认的构造函数和默认的赋值操作，看看会出现什么，为了方便查看，我在析构函数中打印了当前对象的地址，以及在main方法中打印了对象地址，这样就可以看到哪个对象调用了析构函数：

HasPtr.cpp 代码如下：

 1 #include "stdafx.h"
 2
 3 #include <iostream>
 4 #include "HasPtr.h"
 5
 6 using namespace std;
 7
 8 HasPtr::HasPtr(int i, int *p)
 9 {
10     val = i;
11     ptr = p;
12 }
13
14 int HasPtr::get_ptr_value()
15 {
16     return *ptr;
17 }
18
19 void HasPtr::set_ptr_value(int *p)
20 {
21     ptr = p;
22 }
23
24 int HasPtr::get_val()
25 {
26     return val;
27 }
28
29 void HasPtr::set_val(int v)
30 {
31     val = v;
32 }
33
34 HasPtr::~HasPtr()
35 {
36     cout << "destructor of HasPtr " << this << endl;
37     delete ptr;
38 }

ClassWithPointer 代码如下：

 1 // ClassWithPointer.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
 2 //
 3
 4 #include "stdafx.h"
 5 #include <iostream>
 6 #include "HasPtr.h"
 7 using namespace std;
 8
 9 int main()
10 {
11     int *temp = new int(100);
12     HasPtr ptr(2,temp);
13     cout << "ptr-------------->" << &ptr << endl;
14     cout << ptr.get_ptr_value() << endl;
15     cout << ptr.get_val() << endl;
16
17     HasPtr ptr2(ptr);
18     cout << "ptr2-------------->" << &ptr2 << endl;
19     cout << ptr2.get_ptr_value() << endl;
20     cout << ptr2.get_val() << endl;
21
22     HasPtr ptr3 = ptr;
23     cout << "ptr3-------------->" << &ptr3 << endl;
24     cout << ptr3.get_ptr_value() << endl;
25     cout << ptr3.get_val() << endl;
26
27     system("PAUSE");
28     return 0;
29 }

运行结果如下，最后还是报错了：

其实程序运行到第二个析构函数时，报错了。报错原因是，ptr 其实已经是pending指针了，因为这个ptr 指针所指向的地址已经被delete了。

不过我们这里最起码可以知道默认的拷贝构造函数和赋值操作，也是会直接复制指针值的，不是指针所指向的值。是指针变量的值，也就是地址。

所以这里引申出来的问题是：如何管理对象中指针成员的内存？这个是一个核心问题。

上面的例子，就是默认的方式，但是管理失败了，因为析构函数到最后会删除pending 指针，导致异常发生。

智能指针：

引入一个类U_Ptr，用来管理我们需要在业务对象中需要的指针变量，假设为int *p。头文件如下：

 1 #pragma once
 2 #ifndef __UPTR__
 3 #define __UPTR__
 4 #include "HasPtr.h"
 5 #include <iostream>
 6
 7 using namespace std;
 8 class U_Ptr
 9 {
10     friend class HasPtr;
11     int *ip;
12     size_t use;
13
14     U_Ptr(int *p):ip(p),use(1) {}
15     ~U_Ptr()
16     {
17         cout << "destruction:"<< *ip << endl;
18         delete ip;
19     }
20 };
21 #endif // !__UPTR__

现在我们的业务对象还是HasPtr。头文件如下：

 1 #pragma once
 2 #ifndef __HASPTR__
 3 #define __HASPTR__
 4 #include "U_Ptr.h"
 5 class HasPtr
 6 {
 7 public:
 8     HasPtr(int *p, int i):ptr(new U_Ptr(p)),val(i){}
 9
10     HasPtr(const HasPtr &orgi) :ptr(orgi.ptr), val(orgi.val)
11     {
12         ++ptr->use;
13         cout << "coming into copy construction:" << ptr->use << endl;
14     }
15
16     HasPtr& operator=(const HasPtr &rhs);
17
18     ~HasPtr();
19
20     int get_ptr_value() const;
21     int get_int() const;
22     void set_ptr(int *p);
23     void set_int(int i);
24 private:
25     U_Ptr *ptr;
26     int val;
27 };
28
29 #endif // !__HASPTR__

HasPtr.cpp 实现如下：

 1 #include "stdafx.h"
 2 #include "HasPtr.h"
 3 #include <iostream>
 4
 5 using namespace std;
 6
 7 HasPtr& HasPtr::operator=(const HasPtr &rhs)
 8 {
 9     ++rhs.ptr->use;
10     if (--ptr->use == 0)
11     {
12         delete ptr;
13     }
14     ptr = rhs.ptr;
15     val = rhs.val;
16     return *this;
17 }
18
19 HasPtr::~HasPtr()
20 {
21     cout << "destruction:" << ptr->use << endl;
22     if (--ptr->use == 0)
23     {
24         delete ptr;
25     }
26 }
27
28 int HasPtr::get_ptr_value() const
29 {
30     return *ptr->ip;
31 }
32 int HasPtr::get_int() const
33 {
34     return val;
35 }
36 void HasPtr::set_ptr(int *p)
37 {
38     ptr->ip = p;
39 }
40 void HasPtr::set_int(int i)
41 {
42     val = i;
43 }

测试类如下：

 1 // SmartPointer.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
 2 //
 3
 4 #include "stdafx.h"
 5 #include "HasPtr.h"
 6 #include <iostream>
 7
 8 using namespace std;
 9
10
11 int main()
12 {
13     int *temp = new int(100);
14     HasPtr ptr(temp,22);
15     cout << "ptr------------>" << endl;
16     cout << ptr.get_ptr_value() << endl;
17     cout << ptr.get_int() << endl;
18     HasPtr ptr2(ptr);
19     cout << "ptr2------------>" << endl;
20     cout << ptr2.get_ptr_value() << endl;
21     cout << ptr2.get_int() << endl;
22     system("PAUSE");
23     return 0;
24 }

我们把U_Ptr 叫做智能指针，用于帮我们管理需要的指针成员。我们的业务对象HasPtr对象包含一个智能指针，这个指针在HasPtr 对象创建时创建，智能指针的use 变量用来记录业务对象HasPtr对象被复制了多少次，也就是说，有多少个相同的指针指向了ptr所指向的地方。如果要记录HasPtr对象一共有多少个一样的，那么就需要在拷贝构造函数和赋值操作处进行对use变量加一操作，在析构函数处进行减一操作。当减到0时，删除指针。

时间： 2024-10-18 22:01:30

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