**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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