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                **shared\_ptr**是**C++11**提供的一種智能指針類,它足夠智能,可以在任何地方都不使用時自動刪除相關指針,從而幫助徹底消除內存泄漏和懸空指針的問題。 它遵循共享所有權的概念,即不同的 shared\_ptr 對象可以與相同的指針相關聯,并在內部使用引用計數機制來實現這一點。 ***** **每個 shared\_ptr 對象在內部指向兩個內存位置:** 1、指向對象的指針。 2、用于控制引用計數數據的指針。 ***** **共享所有權如何在參考計數的幫助下工作:** 1、當新的 shared\_ptr 對象與指針關聯時,則在其構造函數中,將與此指針關聯的引用計數增加1。 2、當任何 shared\_ptr 對象超出作用域時,則在其析構函數中,它將關聯指針的引用計數減1。如果引用計數變為0,則表示沒有其他 shared\_ptr 對象與此內存關聯,在這種情況下,它使用`delete`函數刪除該內存。 ### 創建 shared\_ptr 對象 #### 使用原始指針創建 shared\_ptr 對象 ~~~cpp std::shared_ptr<int> p1(new int()); ~~~ 上面這行代碼在堆上創建了兩塊內存:1:存儲`int`。2:用于引用計數的內存,管理附加此內存的 shared\_ptr 對象的計數,最初計數將為1。 **檢查 shared\_ptr 對象的引用計數** ~~~cpp p1.use_count(); ~~~ #### 創建空的 shared\_ptr 對象 因為帶有參數的 shared\_ptr 構造函數是 explicit 類型的,所以不能像這樣`std::shared_ptr<int> p1 = new int();`隱式調用它構造函數。創建新的shared\_ptr對象的最佳方法是使用**std :: make\_shared**: ~~~cpp std::shared_ptr<int> p1 = std::make_shared<int>(); ~~~ **std::make\_shared**一次性為`int`對象和用于引用計數的數據都分配了內存,而`new`操作符只是為`int`分配了內存。 ### 分離關聯的原始指針 要使 shared\_ptr 對象取消與相關指針的關聯,可以使用`reset()`函數: **不帶參數的reset():** ~~~cpp p1.reset(); ~~~ 它將引用計數減少1,如果引用計數變為0,則刪除指針。 **帶參數的reset():** ~~~cpp p1.reset(new int(34)); ~~~ 在這種情況下,它將在內部指向新指針,因此其引用計數將再次變為1。 **使用nullptr重置:** ~~~cpp p1 = nullptr; ~~~ #### shared\_ptr是一個偽指針 shared\_ptr充當普通指針,我們可以將`*`和`->`與 shared\_ptr 對象一起使用,也可以像其他 shared\_ptr 對象一樣進行比較; #### 完整示例 ~~~cpp #include <iostream> #include <memory> // 需要包含這個頭文件 int main() { // 使用 make_shared 創建空對象 std::shared_ptr<int> p1 = std::make_shared<int>(); *p1 = 78; std::cout << "p1 = " << *p1 << std::endl; // 輸出78 // 打印引用個數:1 std::cout << "p1 Reference count = " << p1.use_count() << std::endl; // 第2個 shared_ptr 對象指向同一個指針 std::shared_ptr<int> p2(p1); // 下面兩個輸出都是:2 std::cout << "p2 Reference count = " << p2.use_count() << std::endl; std::cout << "p1 Reference count = " << p1.use_count() << std::endl; // 比較智能指針,p1 等于 p2 if (p1 == p2) { std::cout << "p1 and p2 are pointing to same pointer\n"; } std::cout<<"Reset p1 "<<std::endl; // 無參數調用reset,無關聯指針,引用個數為0 p1.reset(); std::cout << "p1 Reference Count = " << p1.use_count() << std::endl; // 帶參數調用reset,引用個數為1 p1.reset(new int(11)); std::cout << "p1 Reference Count = " << p1.use_count() << std::endl; // 把對象重置為NULL,引用計數為0 p1 = nullptr; std::cout << "p1 Reference Count = " << p1.use_count() << std::endl; if (!p1) { std::cout << "p1 is NULL" << std::endl; // 輸出 } return 0; } ~~~ ### 自定義刪除器 Deleter 下面將討論如何將自定義刪除器與 std :: shared\_ptr 一起使用。 當 shared\_ptr 對象超出范圍時,將調用其析構函數。在其析構函數中,它將引用計數減1,如果引用計數的新值為0,則刪除關聯的原始指針。 析構函數中刪除內部原始指針,默認調用的是`delete()`函數。 ~~~cpp delete Pointer; ~~~ 有些時候在析構函數中,delete函數并不能滿足我們的需求,可能還想加其他的處理。 #### 當 shared\_ptr 對象指向數組 ~~~cpp std::shared_ptr<int> p3(new int[12]); ~~~ 像這樣申請的數組,應該調用`delete []`釋放內存,而shared\_ptr析構函數中默認`delete`并不能滿足需求。 #### 給shared\_ptr添加自定義刪除器 在上面在這種情況下,我們可以將回調函數傳遞給 shared\_ptr 的構造函數,該構造函數將從其析構函數中調用以進行刪除,即 ~~~cpp // 自定義刪除器 void deleter(Sample * x) { std::cout << "DELETER FUNCTION CALLED\n"; delete[] x; } // 構造函數傳遞自定義刪除器指針 std::shared_ptr<Sample> p3(new Sample[12], deleter); ~~~ 下面看一個完整的示例: ~~~cpp #include <iostream> #include <memory> struct Sample { Sample() { std::cout << "Sample\n"; } ~Sample() { std::cout << "~Sample\n"; } }; void deleter(Sample * x) { std::cout << "Custom Deleter\n"; delete[] x; } int main() { std::shared_ptr<Sample> p3(new Sample[3], deleter); return 0; } ~~~ 輸出: ~~~txt Sample Sample Sample Custom Deleter ~Sample ~Sample ~Sample ~~~ #### 使用Lambda 表達式 / 函數對象作為刪除器 ~~~cpp class Deleter { public: void operator() (Sample * x) { std::cout<<"DELETER FUNCTION CALLED\n"; delete[] x; } }; // 函數對象作為刪除器 std::shared_ptr<Sample> p3(new Sample[3], Deleter()); // Lambda表達式作為刪除器 std::shared_ptr<Sample> p4(new Sample[3], [](Sample * x){ std::cout<<"DELETER FUNCTION CALLED\n"; delete[] x; }); ~~~ ### shared\_ptr 相對于普通指針的優缺點 #### 缺少 ++, – – 和 \[\] 運算符 與普通指針相比,shared\_ptr僅提供`->`、`*`和`==`運算符,沒有`+`、`-`、`++`、`--`、`[]`等運算符。 示例: ~~~cpp #include<iostream> #include<memory> 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(); // 錯誤方式 // ptr++; // 錯誤方式 //ptr--; // 錯誤方式 std::shared_ptr<Sample> ptr2(ptr); if (ptr == ptr2) // 正常 std::cout << "ptr and ptr2 are equal" << std::endl; return 0; } ~~~ #### NULL檢測 當我們創建 shared\_ptr 對象而不分配任何值時,它就是空的;普通指針不分配空間的時候相當于一個野指針,指向垃圾空間,且無法判斷指向的是否是有用數據。 **shared\_ptr 檢測空值方法** ~~~cpp 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; ~~~ ### 創建 shared\_ptr 時注意事項 #### 不要使用同一個原始指針構造 shared\_ptr 創建多個 shared\_ptr 的正常方法是使用一個已存在的shared\_ptr 進行創建,而不是使用同一個原始指針進行創建。 示例: ~~~cpp int *num = new int(23); std::shared_ptr<int> p1(num); std::shared_ptr<int> p2(p1); // 正確使用方法 std::shared_ptr<int> p3(num); // 不推薦 std::cout << "p1 Reference = " << p1.use_count() << std::endl; // 輸出 2 std::cout << "p2 Reference = " << p2.use_count() << std::endl; // 輸出 2 std::cout << "p3 Reference = " << p3.use_count() << std::endl; // 輸出 1 ~~~ 假如使用原始指針`num`創建了p1,又同樣方法創建了p3,當p1超出作用域時會調用`delete`釋放`num`內存,此時num成了懸空指針,當p3超出作用域再次`delete`的時候就可能會出錯。 #### 不要用棧中的指針構造 shared\_ptr 對象 shared\_ptr 默認的構造函數中使用的是`delete`來刪除關聯的指針,所以構造的時候也必須使用`new`出來的堆空間的指針。 示例: ~~~cpp #include<iostream> #include<memory> int main() { int x = 12; std::shared_ptr<int> ptr(&x); return 0; } ~~~ 當 shared\_ptr 對象超出作用域調用析構函數`delete`指針`&x`時會出錯。 #### 建議使用 make\_shared 為了避免以上兩種情形,建議使用`make_shared()<>`創建 shared\_ptr 對象,而不是使用默認構造函數創建。 ~~~cpp std::shared_ptr<int> ptr_1 = make_shared<int>(); std::shared_ptr<int> ptr_2 (ptr_1); ~~~ 另外不建議使用`get()`函數獲取 shared\_ptr 關聯的原始指針,因為如果在 shared\_ptr 析構之前手動調用了`delete`函數,同樣會導致類似的錯誤。
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