C++ 智能指针详解

时间 2019-11-07

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智能指针内容不少，重点是基本用法。html

#include <boost/shared_ptr.hpp>
class CBase: public boost::enable_shared_from_this<CBase>
{
public:
virtual void f(){}//必须有个虚函数才能向上向下转换。
}
typedef boost::shared_ptr<CBase> CBasePtr;
class CChild: public CBase
{}
typedef boost::shared_ptr<CChild> CChildPtr;
void main()
{
CBasePtr ptrBase = boost::make_shared<CBase>();
//CBasePtr ptrBase = CBasePtr(new CBase());
// 向下转换
CChildPtr ptrChild = boost::dynamic_pointer_cast<CChild>(ptrBase);
// 向上转换
CBasePtr ptrXXX = ptrChild;
// 普通转换
CChildPtr ptrXX = CChildPtr(dynamic_cast<CChild*>(ptrXXX.get()));
}

暂时学会这些用法便可。
url:http://greatverve.cnblogs.com/p/smart-ptr.htmlc++

C++ 智能指针详解程序员

1、简介编程

因为 C++ 语言没有自动内存回收机制，程序员每次 new 出来的内存都要手动 delete。程序员忘记 delete，流程太复杂，最终致使没有 delete，异常致使程序过早退出，没有执行 delete 的状况并不罕见。数组

用智能指针即可以有效缓解这类问题，本文主要讲解参见的智能指针的用法。包括：std::auto_ptr、boost::scoped_ptr、boost::shared_ptr、boost::scoped_array、boost::shared_array、boost::weak_ptr、boost::intrusive_ptr。你可能会想，如此多的智能指针就为了解决new、delete匹配问题，真的有必要吗？看完这篇文章后，我想你内心天然会有答案。架构

下面就按照顺序讲解如上 7 种智能指针（smart_ptr）。框架

2、具体使用函数

1、总括测试

对于编译器来讲，智能指针其实是一个栈对象，并不是指针类型，在栈对象生命期即将结束时，智能指针经过析构函数释放有它管理的堆内存。全部智能指针都重载了“operator->”操做符，直接返回对象的引用，用以操做对象。访问智能指针原来的方法则使用“.”操做符。this

访问智能指针包含的裸指针则能够用 get() 函数。因为智能指针是一个对象，因此if (my_smart_object)永远为真，要判断智能指针的裸指针是否为空，须要这样判断：if (my_smart_object.get())。

智能指针包含了 reset() 方法，若是不传递参数（或者传递 NULL），则智能指针会释放当前管理的内存。若是传递一个对象，则智能指针会释放当前对象，来管理新传入的对象。

咱们编写一个测试类来辅助分析：

class Simple {

public:

Simple(int param = 0) {

number = param;

std::cout << "Simple: " << number << std::endl;

}

~Simple() {

std::cout << "~Simple: " << number << std::endl;

}

void PrintSomething() {

std::cout << "PrintSomething: " << info_extend.c_str() << std::endl;

}

std::string info_extend;

int number;

};

2、std::auto_ptr

std::auto_ptr 属于 STL，固然在 namespace std 中，包含头文件 #include<memory> 即可以使用。std::auto_ptr 可以方便的管理单个堆内存对象。

咱们从代码开始分析：

void TestAutoPtr() {

std::auto_ptr<Simple> my_memory(new Simple(1)); // 建立对象，输出：Simple：1

if (my_memory.get()) { // 判断智能指针是否为空

my_memory->PrintSomething(); // 使用 operator-> 调用智能指针对象中的函数

my_memory.get()->info_extend = "Addition"; // 使用 get() 返回裸指针，而后给内部对象赋值

my_memory->PrintSomething(); // 再次打印，代表上述赋值成功

(*my_memory).info_extend += " other"; // 使用 operator* 返回智能指针内部对象，而后用“.”调用智能指针对象中的函数

my_memory->PrintSomething(); // 再次打印，代表上述赋值成功

}

} // my_memory 栈对象即将结束生命期，析构堆对象 Simple(1)

执行结果为：

Simple: 1

PrintSomething:

PrintSomething: Addition

PrintSomething: Addition other

~Simple: 1

上述为正常使用 std::auto_ptr 的代码，一切彷佛都良好，不管如何不用咱们显示使用该死的delete 了。

其实好景不长，咱们看看以下的另外一个例子：

void TestAutoPtr2() {

std::auto_ptr<Simple> my_memory(new Simple(1));

if (my_memory.get()) {

std::auto_ptr<Simple> my_memory2; // 建立一个新的 my_memory2 对象

my_memory2 = my_memory; // 复制旧的 my_memory 给 my_memory2

my_memory2->PrintSomething(); // 输出信息，复制成功

my_memory->PrintSomething(); // 崩溃

}

最终如上代码致使崩溃，如上代码时绝对符合 C++ 编程思想的，竟然崩溃了，跟进std::auto_ptr 的源码后，咱们看到，罪魁祸首是“my_memory2 = my_memory”，这行代码，my_memory2 彻底夺取了 my_memory 的内存管理全部权，致使 my_memory 悬空，最后使用时致使崩溃。

因此，使用 std::auto_ptr 时，绝对不能使用“operator=”操做符。做为一个库，不容许用户使用，确没有明确拒绝[1]，多少会以为有点出乎预料。

看完 std::auto_ptr 好景不长的第一个例子后，让咱们再来看一个：

void TestAutoPtr3() {

std::auto_ptr<Simple> my_memory(new Simple(1));

if (my_memory.get()) {

my_memory.release();

}

执行结果为：

Simple: 1

看到什么异常了吗？咱们建立出来的对象没有被析构，没有输出“~Simple: 1”，致使内存泄露。当咱们不想让 my_memory 继续生存下去，咱们调用 release() 函数释放内存，结果却致使内存泄露（在内存受限系统中，若是my_memory占用太多内存，咱们会考虑在使用完成后，马上归还，而不是等到 my_memory 结束生命期后才归还）。

正确的代码应该为：

void TestAutoPtr3() {

std::auto_ptr<Simple> my_memory(new Simple(1));

if (my_memory.get()) {

Simple* temp_memory = my_memory.release();

delete temp_memory;

}

或

void TestAutoPtr3() {

std::auto_ptr<Simple> my_memory(new Simple(1));

if (my_memory.get()) {

my_memory.reset(); // 释放 my_memory 内部管理的内存

}

原来 std::auto_ptr 的 release() 函数只是让出内存全部权，这显然也不符合 C++ 编程思想。

总结：std::auto_ptr 可用来管理单个对象的对内存，可是，请注意以下几点：

（1）尽可能不要使用“operator=”。若是使用了，请不要再使用先前对象。

（2）记住 release() 函数不会释放对象，仅仅归还全部权。

（3） std::auto_ptr 最好不要当成参数传递（读者能够自行写代码肯定为何不能）。

（4）因为 std::auto_ptr 的“operator=”问题，有其管理的对象不能放入 std::vector等容器中。

（5） ……

使用一个 std::auto_ptr 的限制还真多，还不能用来管理堆内存数组，这应该是你目前在想的事情吧，我也以为限制挺多的，哪天一个不当心，就致使问题了。

因为 std::auto_ptr 引起了诸多问题，一些设计并非很是符合 C++ 编程思想，因此引起了下面 boost 的智能指针，boost 智能指针能够解决如上问题。

让咱们继续向下看。

3、boost::scoped_ptr

boost::scoped_ptr 属于 boost 库，定义在 namespace boost 中，包含头文件#include<boost/smart_ptr.hpp> 即可以使用。boost::scoped_ptr 跟 std::auto_ptr 同样，能够方便的管理单个堆内存对象，特别的是，boost::scoped_ptr 独享全部权，避免了std::auto_ptr 恼人的几个问题。

咱们仍是从代码开始分析：

void TestScopedPtr() {

boost::scoped_ptr<Simple> my_memory(new Simple(1));

if (my_memory.get()) {

my_memory->PrintSomething();

my_memory.get()->info_extend = "Addition";

my_memory->PrintSomething();

(*my_memory).info_extend += " other";

my_memory->PrintSomething();

my_memory.release(); // 编译 error: scoped_ptr 没有 release 函数

std::auto_ptr<Simple> my_memory2;

my_memory2 = my_memory; // 编译 error: scoped_ptr 没有重载 operator=，不会致使全部权转移

}

首先，咱们能够看到，boost::scoped_ptr 也能够像 auto_ptr 同样正常使用。但其没有release() 函数，不会致使先前的内存泄露问题。其次，因为 boost::scoped_ptr 是独享全部权的，因此明确拒绝用户写“my_memory2 = my_memory”之类的语句，能够缓解 std::auto_ptr 几个恼人的问题。

因为 boost::scoped_ptr 独享全部权，当咱们真真须要复制智能指针时，需求便知足不了了，如此咱们再引入一个智能指针，专门用于处理复制，参数传递的状况，这即是以下的boost::shared_ptr。

4、boost::shared_ptr

boost::shared_ptr 属于 boost 库，定义在 namespace boost 中，包含头文件#include<boost/smart_ptr.hpp> 即可以使用。在上面咱们看到 boost::scoped_ptr 独享全部权，不容许赋值、拷贝，boost::shared_ptr 是专门用于共享全部权的，因为要共享全部权，其在内部使用了引用计数。boost::shared_ptr 也是用于管理单个堆内存对象的。

咱们仍是从代码开始分析：

void TestSharedPtr(boost::shared_ptr<Simple> memory) { // 注意：无需使用 reference (或 const reference)

memory->PrintSomething();

std::cout << "TestSharedPtr UseCount: " << memory.use_count() << std::endl;

}

void TestSharedPtr2() {

boost::shared_ptr<Simple> my_memory(new Simple(1));

if (my_memory.get()) {

my_memory->PrintSomething();

my_memory.get()->info_extend = "Addition";

my_memory->PrintSomething();

(*my_memory).info_extend += " other";

my_memory->PrintSomething();

}

std::cout << "TestSharedPtr2 UseCount: " << my_memory.use_count() << std::endl;

TestSharedPtr(my_memory);

std::cout << "TestSharedPtr2 UseCount: " << my_memory.use_count() << std::endl;

//my_memory.release();// 编译 error: 一样，shared_ptr 也没有 release 函数

}

执行结果为：

Simple: 1

PrintSomething:

PrintSomething: Addition

PrintSomething: Addition other

TestSharedPtr2 UseCount: 1

PrintSomething: Addition other

TestSharedPtr UseCount: 2

TestSharedPtr2 UseCount: 1

~Simple: 1

boost::shared_ptr 也能够很方便的使用。而且没有 release() 函数。关键的一点，boost::shared_ptr 内部维护了一个引用计数，由此能够支持复制、参数传递等。boost::shared_ptr 提供了一个函数 use_count() ，此函数返回 boost::shared_ptr 内部的引用计数。查看执行结果，咱们能够看到在 TestSharedPtr2 函数中，引用计数为 1，传递参数后（此处进行了一次复制），在函数TestSharedPtr 内部，引用计数为2，在 TestSharedPtr 返回后，引用计数又下降为 1。当咱们须要使用一个共享对象的时候，boost::shared_ptr 是再好不过的了。

在此，咱们已经看完单个对象的智能指针管理，关于智能指针管理数组，咱们接下来说到。

5、boost::scoped_array

boost::scoped_array 属于 boost 库，定义在 namespace boost 中，包含头文件#include<boost/smart_ptr.hpp> 即可以使用。

boost::scoped_array 即是用于管理动态数组的。跟 boost::scoped_ptr 同样，也是独享全部权的。

咱们仍是从代码开始分析：

void TestScopedArray() {

boost::scoped_array<Simple> my_memory(new Simple[2]); // 使用内存数组来初始化

if (my_memory.get()) {

my_memory[0].PrintSomething();

my_memory.get()[0].info_extend = "Addition";

my_memory[0].PrintSomething();

(*my_memory)[0].info_extend += " other"; // 编译 error，scoped_ptr 没有重载operator*

my_memory[0].release(); // 同上，没有 release 函数

boost::scoped_array<Simple> my_memory2;

my_memory2 = my_memory; // 编译 error，同上，没有重载 operator=

}

boost::scoped_array 的使用跟 boost::scoped_ptr 差很少，不支持复制，而且初始化的时候须要使用动态数组。另外，boost::scoped_array 没有重载“operator*”，其实这并没有大碍，通常状况下，咱们使用 get() 函数更明确些。

下面确定应该讲 boost::shared_array 了，一个用引用计数解决复制、参数传递的智能指针类。

6、boost::shared_array

boost::shared_array 属于 boost 库，定义在 namespace boost 中，包含头文件#include<boost/smart_ptr.hpp> 即可以使用。

因为 boost::scoped_array 独享全部权，显然在不少状况下（参数传递、对象赋值等）不知足需求，由此咱们引入 boost::shared_array。跟 boost::shared_ptr 同样，内部使用了引用计数。

咱们仍是从代码开始分析：

void TestSharedArray(boost::shared_array<Simple> memory) { // 注意：无需使用 reference (或const reference)

std::cout << "TestSharedArray UseCount: " << memory.use_count() << std::endl;

}

void TestSharedArray2() {

boost::shared_array<Simple> my_memory(new Simple[2]);

if (my_memory.get()) {

my_memory[0].PrintSomething();

my_memory.get()[0].info_extend = "Addition 00";

my_memory[0].PrintSomething();

my_memory[1].PrintSomething();

my_memory.get()[1].info_extend = "Addition 11";

my_memory[1].PrintSomething();

//(*my_memory)[0].info_extend += " other"; // 编译 error，scoped_ptr 没有重载 operator*

}

std::cout << "TestSharedArray2 UseCount: " << my_memory.use_count() << std::endl;

TestSharedArray(my_memory);

std::cout << "TestSharedArray2 UseCount: " << my_memory.use_count() << std::endl;

}

执行结果为：

Simple: 0

PrintSomething:

PrintSomething: Addition 00

PrintSomething:

PrintSomething: Addition 11

TestSharedArray2 UseCount: 1

TestSharedArray UseCount: 2

TestSharedArray2 UseCount: 1

~Simple: 0

跟 boost::shared_ptr 同样，使用了引用计数，能够复制，经过参数来传递。

至此，咱们讲过的智能指针有std::auto_ptr、boost::scoped_ptr、boost::shared_ptr、boost::scoped_array、boost::shared_array。这几个智能指针已经基本够咱们使用了，90% 的使用过标准智能指针的代码就这 5 种。可以下还有两种智能指针，它们确定有用，但有什么用处呢，一块儿看看吧。

7、boost::weak_ptr

boost::weak_ptr 属于 boost 库，定义在 namespace boost 中，包含头文件#include<boost/smart_ptr.hpp> 即可以使用。

在讲 boost::weak_ptr 以前，让咱们先回顾一下前面讲解的内容。彷佛boost::scoped_ptr、boost::shared_ptr 这两个智能指针就能够解决全部单个对象内存的管理了，这儿还多出一个 boost::weak_ptr，是否还有某些状况咱们没归入考虑呢？

回答：有。首先 boost::weak_ptr 是专门为 boost::shared_ptr 而准备的。有时候，咱们只关心可否使用对象，并不关心内部的引用计数。boost::weak_ptr 是 boost::shared_ptr 的观察者（Observer）对象，观察者意味着 boost::weak_ptr 只对 boost::shared_ptr 进行引用，而不改变其引用计数，当被观察的 boost::shared_ptr 失效后，相应的 boost::weak_ptr 也相应失效。

咱们仍是从代码开始分析：

void TestWeakPtr() {

boost::weak_ptr<Simple> my_memory_weak;

boost::shared_ptr<Simple> my_memory(new Simple(1));

std::cout << "TestWeakPtr boost::shared_ptr UseCount: " << my_memory.use_count() << std::endl;

my_memory_weak = my_memory;

std::cout << "TestWeakPtr boost::shared_ptr UseCount: " << my_memory.use_count() << std::endl;

}

执行结果为：

Simple: 1

TestWeakPtr boost::shared_ptr UseCount: 1

~Simple: 1

咱们看到，尽管被赋值了，内部的引用计数并无什么变化，固然，读者也能够试试传递参数等其余状况。

如今要说的问题是，boost::weak_ptr 到底有什么做用呢？从上面那个例子看来，彷佛没有任何做用，其实 boost::weak_ptr 主要用在软件架构设计中，能够在基类（此处的基类并不是抽象基类，而是指继承于抽象基类的虚基类）中定义一个 boost::weak_ptr，用于指向子类的boost::shared_ptr，这样基类仅仅观察本身的 boost::weak_ptr 是否为空就知道子类有没对本身赋值了，而不用影响子类 boost::shared_ptr 的引用计数，用以下降复杂度，更好的管理对象。

8、boost::intrusive_ptr

boost::intrusive_ptr属于 boost 库，定义在 namespace boost 中，包含头文件#include<boost/smart_ptr.hpp> 即可以使用。

讲完如上 6 种智能指针后，对于通常程序来讲 C++ 堆内存管理就够用了，如今有多了一种boost::intrusive_ptr，这是一种插入式的智能指针，内部不含有引用计数，须要程序员本身加入引用计数，否则编译不过（⊙﹏⊙b汗）。我的感受这个智能指针没太大用处，至少我没用过。有兴趣的朋友本身研究一下源代码哦J。

3、总结

如上讲了这么多智能指针，有必要对这些智能指针作个总结：

一、在可使用 boost 库的场合下，拒绝使用 std::auto_ptr，由于其不只不符合 C++ 编程思想，并且极容易出错[2]。

二、在肯定对象无需共享的状况下，使用 boost::scoped_ptr（固然动态数组使用boost::scoped_array）。

三、在对象须要共享的状况下，使用 boost::shared_ptr（固然动态数组使用boost::shared_array）。

四、在须要访问 boost::shared_ptr 对象，而又不想改变其引用计数的状况下，使用boost::weak_ptr，通常经常使用于软件框架设计中。

五、最后一点，也是要求最苛刻一点：在你的代码中，不要出现 delete 关键字（或 C 语言的free 函数），由于能够用智能指针去管理。

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[1]参见《effective C++（3rd）》，条款06 。

[2]关于 boost 库的使用，可本博客另一篇文章：《在 Windows 中编译 boost1.42.0》。

[3]读者应该看到了，在我全部的名字前，都加了命名空间标识符std::（或boost::），这不是我不想写 using namespace XXX 之类的语句，在大型项目中，有可能会用到 N 个第三方库，若是把命名空间全放出来，命名污染（Naming conflicts）问题很难避免，到时要改回来是极端麻烦的事情。固然，若是你只是写 Demo，能够例外。

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error C2683: “dynamic_cast”:“XXX”不是多态类型

使用dynamic_cast会引起效率上的担心，可是有时候这是必要的，而有时候，这是必须的，在本身不预加运行时识别策略的时候，若是要使用运行时处理机制，经过dynamic_cast判断指针或检测异常是一个很是直观的想法，并且很多时候这也颇有效。

但对dynamic_cast理解不够深刻会遇到这样的麻烦：

class Bast

{

};

class Test :public Bast

{

};

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])

{

Bast* bt = new Test();

Test* tt = dynamic_cast<Test*>(bt);

return 0;

}

编译器抱怨说error C2683: “dynamic_cast”:“Bast”不是多态类型。

在个人编译器上调试这种状况发现，子类里明确包含了基类，可是一个基类指针指向子类的时候，没法识别出来子类的附加信息。也就是说，在没有虚函数参与的时候，并无神秘的vtable存在，c++对象模型里彷佛也提到了（我记不清是否是这本书了，sorry）编译器实现虚函数靠的是vtable策略，可是这话的深层含义倒是若是没有虚函数存在，编译器没有必要浪费空间实现一个虚指针、vtable（我开始脊背发凉了）。看来大师的每一句话都要仔细研究。

当把基类改为这样：

class Bast

{

virtual void dosomething(){}

};

调试发现任什么时候候，虚指针都存在，也就是说，运行时识别技术能够生效。

也就是说，若是但愿使用dynamic_cast技术或者你不得不使用dynamic_cast技术，那应该确保你在多态类上使用它（也就是你的继承体系里有虚函数）。 end