C++特性之智能指针shared_ptr

C++特性之智能指针shared_ptr

  shared_ptr 是C++11提供的一种智能指针类，它足够智能，可以在任何地方都不使用时自动删除相关指针，从而帮助彻底消除内存泄漏和悬空指针的问题。
  它遵循共享所有权的概念，即不同的 shared_ptr 对象可以与相同的指针相关联，并在内部使用引用计数机制来实现这一点。

• 每个 shared_ptr 对象在内部指向两个内存位置：
  1、指向对象的指针。
  2、用于控制引用计数数据的指针。
• 共享所有权如何在参考计数的帮助下工作：
  1、当新的 shared_ptr 对象与指针关联时，则在其构造函数中，将与此指针关联的引用计数增加1。
  2、当任何 shared_ptr 对象超出作用域时，则在其析构函数中，它将关联指针的引用计数减1。如果引用计数变为0，则表示没有其他 shared_ptr 对象与此内存关联，在这种情况下，它使用delete函数删除该内存。

1.创建指针对象

• 使用原始指针创建 shared_ptr 对象

std::shared_ptr<int> p1(new int());

//检查shared_ptr对象的引用计数
p1.use_count();
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上面这行代码在堆上创建了两块内存：1：存储int。2：用于引用计数的内存，管理附加此内存的 shared_ptr 对象的计数，最初计数将为1。
for ex:

#include 
#include 

struct C {int* data;};

int main () {
 auto deleter = [](int*p){
    std::cout << "[deleter called]\n"; delete p;
  };//Labmbda表达式

  std::shared_ptr<int> p1;//默认构造，没有获取任何指针的所有权，引用计数为0
  std::shared_ptr<int> p2 (nullptr);//同1
  std::shared_ptr<int> p3 (new int);//拥有指向int的指针所有权，引用计数为1
  std::shared_ptr<int> p4 (new int, deleter);//作用同3，但是拥有自己的析构方法，如果指针所指向对象为复杂结构C
                                    //结构C里有指针，默认析构函数不会将结构C里的指针data所指向的内存释放,这时需要自己使用自己的析构函数（删除器）
  std::shared_ptr<int> p5 (new int, [](int* p){delete p;}, std::allocator<int>());//同4,但拥有自己的分配器（构造函数），如成员中有指针，可以为指针分配内存，原理跟浅拷贝和深拷贝类似
  std::shared_ptr<int> p6 (p5);//如果p5引用计数不为0，则引用计数加1，否则同样为0
  std::shared_ptr<int> p7 (std::move(p6));//获取p6的引用计数，p6引用计数为0
  std::shared_ptr<int> p8 (std::unique_ptr<int>(new int));//p8获取所有权，引用计数设置为1
  std::shared_ptr<C> obj (new C);
  std::shared_ptr<int> p9 (obj, obj->data);//同6一样，只不过拥有自己的删除器与4一样

  std::cout << "use_count:\n";
  std::cout << "p1: " << p1.use_count() << '\n';
  std::cout << "p2: " << p2.use_count() << '\n';
  std::cout << "p3: " << p3.use_count() << '\n';
  std::cout << "p4: " << p4.use_count() << '\n';
  std::cout << "p5: " << p5.use_count() << '\n';
  std::cout << "p6: " << p6.use_count() << '\n';
  std::cout << "p7: " << p7.use_count() << '\n';
  std::cout << "p8: " << p8.use_count() << '\n';
  std::cout << "p9: " << p9.use_count() << '\n';
  return 0;
}
/*
Output:
use_count:
p1: 0
p2: 0
p3: 1
p4: 1
p5: 2
p6: 0
p7: 2
p8: 1
p9: 2
*/
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• 创建空的 shared_ptr 对象，因为带有参数的 shared_ptr 构造函数是 explicit 类型的，所以不能像这样std::shared_ptr p1 = new int();隐式调用它构造函数。创建新的shared_ptr对象的最佳方法是使用std :: make_shared：

std::shared_ptr<int> p1 = std::make_shared<int>();
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std::make_shared 一次性为int对象和用于引用计数的数据都分配了内存，而new操作符只是为int分配了内存。

• 赋值：

#include 
#include 

int main () {
  std::shared_ptr<int> foo;
  std::shared_ptr<int> bar (new int(10));

  foo = bar;                          // 拷贝，引用计数加1

  bar = std::make_shared<int> (20);   // 移动
//unique_ptr 不共享它的指针。它无法复制到其他 unique_ptr，无法通过值传递到函数，也无法用于需要副本的任何标准模板库 (STL) 算法。只能移动unique_ptr
  std::unique_ptr<int> unique (new int(30));
  foo = std::move(unique);            // move from unique_ptr，引用计数转移

  std::cout << "*foo: " << *foo << '\n';
  std::cout << "*bar: " << *bar << '\n';

  return 0;
}
Output:
/*
*foo: 30
*bar: 20
*/
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2.分离关联的原始指针

要使 shared_ptr 对象取消与相关指针的关联，可以使用reset()函数：

//不带参数的reset(),将引用计数减少1，如果引用计数变为0，则删除指针
p1.reset();

//带参数的reset(),他将内部指向新指针，因此其引用计数将再次变为1
p1.reset(new int(34));

//使用nullptr重置：
p1=nullptr
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#include 
#include   // 需要包含这个头文件

int main()
{
	// 使用 make_shared 创建空对象
	std::shared_ptr<int> p1 = std::make_shared<int>();
	*p1 = 78;
	std::cout << "p1 = " << *p1 << std::endl; // 输出78

	// 打印引用个数：1
	std::cout << "p1 Reference count = " << p1.use_count() << std::endl;

	// 第2个 shared_ptr 对象指向同一个指针
	std::shared_ptr<int> p2(p1);

	// 下面两个输出都是：2
	std::cout << "p2 Reference count = " << p2.use_count() << std::endl;
	std::cout << "p1 Reference count = " << p1.use_count() << std::endl;

	// 比较智能指针，p1 等于 p2
	if (p1 == p2) {
		std::cout << "p1 and p2 are pointing to same pointer\n";
	}

	std::cout<<"Reset p1 "<<std::endl;

	// 无参数调用reset，无关联指针，引用个数为0
	p1.reset();
	std::cout << "p1 Reference Count = " << p1.use_count() << std::endl;
	
	// 带参数调用reset，引用个数为1
	p1.reset(new int(11));
	std::cout << "p1  Reference Count = " << p1.use_count() << std::endl;

	// 把对象重置为NULL，引用计数为0
	p1 = nullptr;
	std::cout << "p1  Reference Count = " << p1.use_count() << std::endl;
	if (!p1) {
		std::cout << "p1 is NULL" << std::endl; // 输出
	}
	return 0;
}

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3.与普通指针比较

缺少 ++, – – 和 [] 运算符
与普通指针相比，shared_ptr仅提供-> 、*和==运算符，没有+、-、++、–、[]等运算符。

#include
#include

struct Sample {
	void dummyFunction() {
		std::cout << "dummyFunction" << std::endl;
	}
};

int main()
{

	std::shared_ptr<Sample> ptr = std::make_shared<Sample>();

	(*ptr).dummyFunction(); // 正常
	ptr->dummyFunction(); // 正常

	// ptr[0]->dummyFunction(); // 错误方式
	// ptr++;  // 错误方式
	//ptr--;  // 错误方式

	std::shared_ptr<Sample> ptr2(ptr);
	if (ptr == ptr2) // 正常
		std::cout << "ptr and ptr2 are equal" << std::endl;
	return 0;
}

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4.NULL检测

当我们创建 shared_ptr 对象而不分配任何值时，它就是空的；普通指针不分配空间的时候相当于一个野指针，指向垃圾空间，且无法判断指向的是否是有用数据。

std::shared_ptr<Sample> ptr3;
if(!ptr3)
	std::cout<<"Yes, ptr3 is empty" << std::endl;
if(ptr3 == NULL)
	std::cout<<"ptr3 is empty" << std::endl;
if(ptr3 == nullptr)
	std::cout<<"ptr3 is empty" << std::endl;

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参考：
C++ 智能指针 shared_ptr 详解与示例
std::shared_ptr 详解