C++ 11智能指针之shared_ptr



shared_ptr是一个引用计数智能指针,用于共享对象的所有权。它可以从一个裸指针、另一个shared_ptr、一个auto_ptr、或者一个weak_ptr构造。还可以传递第二个参数给shared_ptr的构造函数,它被称为删除器(deleter)。删除器用于处理共享资源的释放,这对于管理那些不是用new分配也不是用delete释放的资源时非常有用。shared_ptr被创建后,就可以像普通指针一样使用了,除了一点,它不能被显式地删除。shared_ptr的比较重要的接口如下:

template <class T>

explicit shared_ptr(T* p);

这个构造函数获得给定指针p的所有权。参数p必须是指向T的有效指针。构造后引用计数设为1。唯一从这个构造函数抛出的异常是std::bad_alloc(仅在一种很罕见的情况下发生,即不能获得引用计数器所需的空间)。

template <class T,class D>

shared_ptr(T* p,D d);

这个构造函数带有两个参数。第一个是shared_ptr将要获得所有权的那个资源,第二个是shared_ptr被销毁时负责释放资源的一个对象,被保存的资源将以d(p)的形式传给那个对象。如果引用计数器不能分配成功,shared_ptr抛出一个类型为std::bad_alloc的异常。

shared_ptr(const shared_ptr& r);

r中保存的资源被新构造的shared_ptr所共享,引用计数加一。这个构造函数不会抛出异常。

template <class T>

explicit shared_ptr(const weak_ptr<T>& r);

从一个weak_ptr构造shared_ptr。这使得weak_ptr的使用具有线程安全性,因为指向weak_ptr参数的共享资源的引用计数将会自增(weak_ptr不影响共享资源的引用计数)。如果weak_ptr为空(r.use_count()==0), shared_ptr抛出一个类型为bad_weak_ptr的异常。

template <typename T>

shared_ptr(auto_ptr<T>& r);

这个构造函数从一个auto_ptr获取r中保存的指针的所有权,方法是保存指针的一份拷贝并对auto_ptr调用release。构造后的引用计数为1,而r则变为空的。如果引用计数器不能分配成功,则抛出std::bad_alloc。

~shared_ptr();

shared_ptr析构函数,对引用计数减一。如果计数为零,则保存的指针被删除。删除指针的方法是调用operator delete,或者,如果给定了一个执行删除操作的删除器对象,就把保存的指针作为唯一参数调用这个对象。析构函数不会抛出异常。

shared_ptr& operator=(const shared_ptr& r);

赋值操作共享r中的资源,并停止对原有资源的共享。赋值操作不会抛出异常。

void reset();

reset函数用于停止对保存指针的所有权的共享。共享资源的引用计数减一。

T& operator*() const;

这个操作符返回对已存指针所指向的对象的一个引用。如果指针为空,调用operator*会导致未定义行为。这个操作符不会抛出异常。

T* operator->() const;

这个操作符返回保存的指针。这个操作符与operator*一起使得智能指针看起来象普通指针。这个操作符不会抛出异常。

T* get() const;

get函数是当保存的指针有可能为空时(这时 operator* 和 operator-> 都会导致未定义行为)获取它的最好办法。注意,你也可以使用隐式布尔类型转换来测试shared_ptr是否包含有效指针。这个函数不会抛出异常。

bool unique() const;

这个函数在shared_ptr是它所保存指针的唯一拥有者时返回true;否则返回false。 unique不会抛出异常。

long use_count() const;

use_count 函数返回指针的引用计数。它在调试的时候特别有用,因为它可以在程序执行的关键点获得引用计数的快照。小心地使用它,因为在某些可能的shared_ptr实现中,计算引用计数可能是昂贵的,甚至是不行的。这个函数不会抛出异常。

operator unspecified-bool-type() const;

这是个到unspecified-bool-type类型的隐式转换函数,它可以在Boolean上下文中测试一个智能指针。如果shared_ptr保存着一个有效的指针,返回值为True;否则为false。注意,转换函数返回的类型是不确定的。把返回类型当成bool用会导致一些荒谬的操作,所以典型的实现采用了safe bool idiom,它很好地确保了只有可适用的Boolean测试可以使用。这个函数不会抛出异常。

void swap(shared_ptr<T>& b);

这可以很方便地交换两个shared_ptr。swap函数交换保存的指针(以及它们的引用计数)。这个函数不会抛出异常。

template <typename T,typename U>  shared_ptr<T> static_pointer_cast(const shared_ptr<U>& r);

要对保存在shared_ptr里的指针执行static_cast,我们可以取出指针然后强制转换它,但我们不能把它存到另一个shared_ptr里;新的shared_ptr会认为它是第一个管理这些资源的。解决的方法是用static_pointer_cast,使用这个函数可以确保被指对象的引用计数保持正确。static_pointer_cast不会抛出异常。

使用shared_ptr的示例代码如下:

1 {

2 shared_ptr<int> pInt1;

3 assert(pInt1.use_count() == 0);         // 还没有引用指针

4 {

5       shared_ptr<int> pInt2(new int(5));

6       assert(pInt2.use_count() == 1);        // new int(5)这个指针被引用1次

7

8     pInt1 = pInt2;

9       assert(pInt2.use_count() == 2);       // new int(5)这个指针被引用2次

10     assert(pInt1.use_count() == 2);

11 }                                                   //pInt2离开作用域, 所以new int(5)被引用次数-1

12

13 assert(pInt1.use_count() == 1);

14 }         // pInt1离开作用域,引用次数-1,现在new int(5)被引用0次,所以销毁它

如果资源的创建销毁不是以new和delete的方式进行的,该怎么办呢?通过前面的接口可以看到,shared_ptr的构造函数中可以指定删除器。示例代码如下:

1 class FileCloser

2 {

3 public:

4     void operator()(FILE *pf)

5     {

6          if (pf != NULL)

7          {

8                fclose(pf);

9                pf = NULL;

10          }

11     }

12 };

13

14 shared_ptr<FILE> fp(fopen(pszConfigFile, "r"), FileCloser());

在使用shared_ptr时,需要避免同一个对象指针被两次当成shard_ptr构造函数里的参数的情况。考虑如下代码:

1 {

2      int *pInt = new int(5);

3      shared_ptr<int> temp1(pInt);

4      assert(temp1.use_count() == 1);

5      shared_ptr<int> temp2(pInt);

6      assert(temp2.use_count() == 1);

7 }      // temp1和temp2都离开作用域,它们都销毁pInt,会导致两次释放同一块内存

正确的做法是将原始指针赋给智能指针后,以后的操作都要针对智能指针了。参考代码如下:

1 {

2      shared_ptr<int> temp1(new int(5));

3      assert(temp1.use_count() == 1);

4      shared_ptr<int> temp2(temp1);

5      assert(temp2.use_count() == 2);

6 }      // temp1和temp2都离开作用域,引用次数变为0,指针被销毁。

另外,使用shared_ptr来包装this时,也会产生与上面类似的问题。考虑如下代码:

1 class A

2 {

3 public:

4         shared_ptr<A> Get()

5         {

6              return shared_ptr<A>(this);

7         }

8 }

9

10 shared_ptr<A> pA(new A());

11 shared_ptr<A> pB = pA->Get();

当pA和pB离开作用域时,会将堆上的对象释放两次。如何解决上述问题呢?C++ 11提供了如下机制:将类从enable_shared_from_this类派生,获取shared_ptr时使用shared_from_this接口。参考代码如下:

1 class A :public enable_shared_from_this<A>

2 {

3 public:

4         shared_ptr<A> Get()

5         {

6              return shared_from_this();

7         }

8 }

在多线程中使用shared_ptr时,如果存在拷贝或赋值操作,可能会由于同时访问引用计数而导致计数无效。解决方法是向每个线程中传递公共的week_ptr,线程中需要使用shared_ptr时,将week_ptr转换成shared_ptr即可。

转载     http://www.cnblogs.com/hujian/archive/2012/12/10/2810754.html

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时间: 2024-08-24 12:26:42

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