C++智能指针之unique_ptr

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前言

  在C++中，动态内存的申请和释放是通过运算符：new 和 delete 进行管理的。其中 new 负责申请内存，delete负责释放内存。

  动态内存的使用很容易出现问题，这主要在于你需要保证在正确的时间释放内存，这是比较困难的，如果你忘记释放内存，就会造成内存泄露；有时在还有指针引用内存的情况下我们就释放了它，在这种情况下就会产生引用非法内存的指针。

  为了更容易（同时也更安全）地使用动态内存，新的标准库提供了两种智能指针类型来管理动态对象，智能指针的行为类似普通指针，最主要的区别在于它负责自动释放所指向的对象。这两种智能指针都定义在 memory 头文件内。

• 本文是对于unique_ptr的分析。

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一、unique_ptr

&emsp: 一个 unique_ptr“拥有”它所指向的对象，与shared_ptr不同，某个时刻只能有一个unique_ptr指向一个给定对象。当unique_ptr 被销毁时，它所指向的对象也被销毁。

• unique_ptr的操作
  
  

1.1 unique_ptr类的初始化

  unique_ptr没有类似shared_ptr中make_shared的标准库函数返回一个unique_ptr，我们定义一个unique_ptr时，需要将它绑定到一个new返回的指针上，并且不能直接将new的结果用赋值运算符“=”赋值给unique_ptr（即初始化方式必须采用直接初始化方式）。

unique_ptr<double> p1;//正确
unique_ptr<int> p2(new int(42));//正确
unique_ptr<int> p3 = new int(42);//错误
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1.2 unique_ptr禁止拷贝和赋值

  因为unique_ptr所指向的对象只能有一个unique_ptr指针，也就是一个引用计数。因此unique_ptr不支持普通的拷贝和赋值操作

unique_ptr<string> p1(new string("HelloWorld"));
unique_ptr<string> p2(p1);//是错误
unique_ptr<string> p3;
p3 = p1;//错误
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特殊情况：

虽然两个unique_ptr不可以同时指向同一个内存对象，但是可以将一个即将销毁的unqie_ptr指针拷贝或赋值给另一个unqie_ptr

  函数的参数传递和返回值就是一个很好的例子，因为在函数内部的unique_ptr指针随着作用域的结束会自动销毁，因此可以将其作为返回值，然后将内存传递给另一个unique_ptr指针管理。

unique_ptr<int> clone(int p)
{
    return unique_ptr<int>(new int(p));
}
 
/*unique_ptr clone(int p)
{
    unique_ptr ret(new int(p));
    return ret;
}*/
int main()
{
    unique_ptr<int> p = clone(10);
    cout <<*p << endl; //打印10
    return 0;
}
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1.3 release、reset函数

  虽然unique_ptr之间不能拷贝与赋值。但是可以使用release和reset函数来将指针的所有权从一个（非const）unique_ptr转移给另一个unique。

release函数

• 将当前的unique_ptr指针所指的内存置为空，并且对这块内存的所有权消失

• 返回值：返回当前unique_ptr所指的内存

unique_ptr<string> p1(new string("Hello"));
 
unique_ptr<string> p2(p1.release());//p1将自己所指的内存空间置空，并且返回该内存空间。之后对该内存空间的操作权消失，从而p2得到该内存的权限
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注意事项：

  因为release函数会使unque_ptr指针与内存之间的关系。所以unique_ptr调用release函数之后必须将返回值传递给另一个unqiue_ptr，否则就会内存泄露

unique_ptr<string> p1(new string("Hello"));
p1.release();//错误，虽然p1断开了与内存的关系，但是没有另一个unqieu_ptr来接手这块内存，造成内存泄漏
 
/*
改正：
unique_ptr p2(p1.release()); //将p1的原来内存交给另一个unique_ptr管理
*/
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reset函数

• 用来重置当前unqie_ptr指针。

• 重置之后接手另一块内存或者一直处于空状态

unique_ptr<string> p1(new string("Hello"));
p1.reset();//将p1置空，不指向内存对象
unique_ptr<string> p1(new string("Hello"));
p1.reset(nullptr);//同上
unique_ptr<string> p1(new string("Hello"));
unique_ptr<string> p2(new string("World"));
 
p1.reset(p2.release());//p2置空之后，然后p1也置空，然后p1来接手p2所指向的内存
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1.4 向unique_ptr传递删除器

  与shared_ptr类相同，unique_ptr默认情况下会调用默认析构函数来释放(delete)自己所指向的对象。不过我们也可以通过重载来指定unqie_ptr的删除器。

  与shared_ptr重载删除器不同，unique_ptr重载删除器会影响到unique_ptr类型以及如何构造（或reset）该类型的对象。

  与重载关联容器的比较操作类似，我们必须在<>中unique_ptr指向类型之后提供删除器类型。

  在创建或reset一个这种unique_ptr类型对象时，必须提供一个指定类型的可调用对象（删除器）：

//p指向一个类型为objT的对象，并使用一个类型为delT的对象释放objT对象
//它会调用一个名为fcn的delT类型对象
unique_ptr<objT,delT> p(new objT,fcn);
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示例：

  我们使用decltype来指明函数类型，在后面加一个*代表函数指针

void f(destination &d) {
    connection c=connec(&d);
    unique_ptr<connection,decltype(end_connection)*> p(&c,end_connection);
 
    ...//使用这个连接
     //当f函数退出或者异常退出，p都会调用end_connection函数
}
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1.5 unique_ptr与动态数组的使用

  标准库提供了一个可以管理new分配的数组的unique_ptr版本

unique_ptr<int[]> arr(new int[3]{ 1,2,3 }); //定义一个指向int型数组的智能指针对象
unique_ptr<int[]> arr2(new int[3]);
arr.release();  //自动调用delete[]销毁其指针
unique_ptr<int[]> arr= new int[3]{ 1,2,3 };  //错误
unique_ptr类操作数组的方法：
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  动态数组的访问：unique_ptr操作数组，不提供点和箭头成员运算符，因为数组不是一个对象。但是可以通过下标运算符来访问操作数组

unique_ptr<int[]> arr(new int[3]{ 1,2,3 });
for (int i = 0; i < 3; ++i)
        arr[i] = i;
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总结

参考：

• C++ Primer 第五版 P417-P420

期待大家和我交流，留言或者私信，一起学习，一起进步！