c++智能指针

2023-06-15

字数统计: 1.1k字 | 阅读时长≈ 4分

unique_ptr

作用

在任何时刻，只能有一个指针管理内存
当指针超出作用域，内存将自动释放
该指针不可Copy，只能Move

创建

通过raw pointer
通过new
通过std::make_uniqu （推荐）

get()

获取地址

引用操作

实现以下两个操作符
“->“可以调用成员函数
“*“可以调用derefering()

例子

以下是对Cat类的完整声明和实现

cat.h

#pragma once
#include <string>
#include <iostream>

class Cat {
public:
    Cat(std::string name);
    Cat() = default;
    ~Cat();
    void meow() const;

private:
    std::string name;
};

cat.cpp

#include "cat.h"
#include <string>
#include <iostream>

Cat::Cat(std::string name) : name(name){}

void Cat::meow() const{
    std::cout << name + ": Meow~" << std::endl;
}

Cat::~Cat() {
    std::cout << name + ": was destoryed~" << std::endl;
}

由cat.h和cat.cpp实现了Cat的一个参数为string的构造方法，和一个打印提示信息的析构方法

unique_ptr.cpp

#include <iostream>
#include "cat.h"

int main(int argc, char* args[]) {
    Cat *c_ptr1 = new Cat("Garfiled");
    Cat tom = Cat("Tom");
    return 0;
}

输出：

1	Tom: was destoryed~

可以看到，只有Tom的析构方法被调用了，Garfiled的析构方法被无视了。这里，就导致了内存泄漏，Garfiled的那片内存在整个程序结束前，它将不能再被调用而又无法被释放

正确的做法应当是手动进行delete

1	delete c_ptr1;

在return语句的前加上这一句，现在的输出变成了

1 2	Garfiled: was destoryed~ Tom: was destoryed~

这样就没有问题了。
所以在项目规模比较小，逻辑比较简明时，几十几百行的代码认真细致一点，手动管理内存倒是也能够保证程序的正确稳定运行。但是人出错的概率可能很小，但绝对不为0

是不是只要new与delete成对地写，就可以避免所有问题了？当然不是，且看下面

int main(int argc, char* args[]) {
    Cat *c_ptr1 = new Cat("Garfiled");
    Cat tom = Cat("Tom");
    //假装此处还有很多代码
    {
        c_ptr1 = new Cat("Garfiled2");
        delete c_ptr1;
    }
    //假装此处还有很多代码
    delete c_ptr1;
    return 0;
}

我承认阁下肉眼管理很强，但我若是犯蠢，来这么一段，阁下又该如何应对
c_ptr1被释放了两次，这会使得程序直接异常结束

c++的智能指针，牺牲一定的自由，来大大减少编码的错误，节省精力

std::make_unique()

int main(int argc, char* args[]) {
    std::unique_ptr<Cat> Tom = std::make_unique<Cat>("Tom");
    Tom->meow();
    return 0;
}

输出:

1 2	Tom: Meow~ Tom: was destoryed~

我们并没有对指针进行显式释放，可它还是自己调用了析构方法，它真的，我哭死

我们用unique_ptr改写下那个二次释放的程序

int main(int argc, char* args[]) {
    std::unique_ptr<Cat> Tom = std::make_unique<Cat>("Tom");
    {
        Tom = std::make_unique<Cat>("Carfiled");
    }
    Tom->meow();
    std::cout << "Tom, are you exist?" << std::endl;
    return 0;
}

Tom: was destoryed~
Carfiled: Meow~
Tom, are you exist?
Carfiled: was destoryed~

可以看到，当我们给一个unique_ptr赋新值时，旧值的内存会被直接释放

初始化与赋值

unique_ptr的副本构造器与赋值操作函数是被定义为delete的,所以unique_ptr无法拷贝
不说人话就是智能指针只能进行右值拷贝，unique_ptr本身也可以作为右值被赋给shared_ptr，并且是move语义，此后所有权归shared_ptr，unique_ptr指针被清除

release()

释放，调用后智能指针和其所指向对象的联系再无联系，但是该内存仍然存在有效。它会返回裸指针，但是该智能指针被置空。
返回的裸指针我们可以手工delete来释放，也可以用来初始化另外一个智能指针，或者给另外一个智能指针赋值。

陷阱

#include <iostream>
#include "cat.h"
#include <memory>

int main(int argc, char* args[]) {
    std::unique_ptr<Cat> Tom = std::make_unique<Cat>("Tom");
    std::unique_ptr<Cat> Garfiled = static_cast<std::unique_ptr<Cat>&&>(Tom);
    try {
        Tom->meow();
    }
    catch (std::exception e) {
        std::cout << e.what() << std::endl;
    }
    Garfiled->meow();
    return 0;
}

使用右值引用强行将Tom赋值给Garfiled，当执行Tom->meow时程序会直接崩溃，没有报错和异常

推测应该是禁用了拷贝构造和拷贝赋值，但实现了移动构造和移动赋值,见微软learn.microsoft.com

本文作者： 汤圆
本文链接： https://littlesun.cloud/2023/06/15/c++智能指针/
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