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C++智能指針簡單剖析

來源：程序員人生發布時間：2014-12-13 08:50:28 閱讀次數：2697次

導讀

最近在補看《C++ Primer Plus》第6版，這的確是本好書，其中關于智能指針的章節解析的非常清晰，1解我之前的多處困惑。C++面試進程中，很多面試官都喜歡問智能指針相干的問題，比如你知道哪些智能指針？shared_ptr的設計原理是甚么？如果讓你自己設計1個智能指針，你如何完成？等等……。而且在看開源的C++項目時，也能隨處看到智能指針的影子。這說明智能指針不但是面試官愛問的題材，更是非常有實用價值。

下面是我在看智能指針時所做的筆記，希望能夠解決你對智能指針的1些困擾。

正文

1. 智能指針背后的設計思想

我們先來看1個簡單的例子：

void remodel(std::string & str)
{
    std::string * ps = new std::string(str);
    ...
    if (weird_thing())
        throw exception();
    str = *ps; 
    delete ps;
    return;
}

當出現異常時（weird_thing()返回true），delete將不被履行，因此將致使內存泄漏。
如何避免這類問題？有人會說，這還不簡單，直接在throw exception();之前加上delete ps;不就好了。是的，你本應如此，問題是很多人都會忘記在適當的地方加上delete語句（連上述代碼中最后的那句delete語句也會有很多人忘記吧），如果你要對1個龐大的工程進行review，看是不是有這類潛伏的內存泄漏問題，那就是1場災害！
這時候我們會想：當remodel這樣的函數終止（不論是正常終止，還是由于出現了異常而終止），本地變量都將自動從棧內存中刪除―因此指針ps占據的內存將被釋放，如果ps指向的內存也被自動釋放，那該有多好啊。
我們知道析構函數有這個功能。如果ps有1個析構函數，該析構函數將在ps過期時自動釋放它指向的內存。但ps的問題在于，它只是1個常規指針，不是有析構凼數的類對象指針。如果它指向的是對象，則可以在對象過期時，讓它的析構函數刪除指向的內存。

這正是 auto_ptr、unique_ptr和shared_ptr這幾個智能指針背后的設計思想。我簡單的總結下就是：將基本類型指針封裝為類對象指針（這個類肯定是個模板，以適應不同基本類型的需求），并在析構函數里編寫delete語句刪除指針指向的內存空間。

因此，要轉換remodel()函數，應按下面3個步驟進行：

包括頭義件memory（智能指針所在的頭文件）；
將指向string的指針替換為指向string的智能指針對象；
刪除delete語句。

下面是使用auto_ptr修改該函數的結果：

# include <memory>
void remodel (std::string & str)
{
    std::auto_ptr<std::string> ps (new std::string(str))；
    ...
    if (weird_thing ())
        throw exception()； 
    str = *ps； 
    // delete ps； NO LONGER NEEDED
    return;
}

2. C++智能指針簡單介紹

STL1共給我們提供了4種智能指針：auto_ptr、unique_ptr、shared_ptr和weak_ptr（本文章暫不討論）。
模板auto_ptr是C++98提供的解決方案，C+11已將將其摒棄，并提供了另外兩種解決方案。但是，雖然auto_ptr被摒棄，但它已使用了好多年：同時，如果您的編譯器不支持其他兩種解決力案，auto_ptr將是唯1的選擇。

使用注意點

所有的智能指針類都有1個explicit構造函數，以指針作為參數。比如auto_ptr的類模板原型為：
templet<class T> class auto_ptr { explicit auto_ptr(X* p = 0) ; ... };
因此不能自動將指針轉換為智能指針對象，必須顯式調用：
shared_ptr<double> pd; double *p_reg = new double; pd = p_reg; // not allowed (implicit conversion) pd = shared_ptr<double>(p_reg); // allowed (explicit conversion) shared_ptr<double> pshared = p_reg; // not allowed (implicit conversion) shared_ptr<double> pshared(p_reg); // allowed (explicit conversion)
對全部3種智能指針都應避免的1點：
string vacation("I wandered lonely as a cloud."); shared_ptr<string> pvac(&vacation); // No
pvac過期時，程序將把delete運算符用于非堆內存，這是毛病的。

使用舉例

#include <iostream>
#include <string>
#include <memory>

class report
{
private:
    std::string str;
public:
 report(const std::string s) : str(s) {
  std::cout << "Object created.
";
 }
 ~report() {
  std::cout << "Object deleted.
";
 }
 void comment() const {
  std::cout << str << "
";
 }
};

int main() {
 {
  std::auto_ptr<report> ps(new report("using auto ptr"));
  ps->comment();
 }

 {
  std::shared_ptr<report> ps(new report("using shared ptr"));
  ps->comment();
 }

 {
  std::unique_ptr<report> ps(new report("using unique ptr"));
  ps->comment();
 }
 return 0;
}

3. 為何摒棄auto_ptr？

先來看下面的賦值語句:

auto_ptr< string> ps (new string ("I reigned lonely as a cloud.”）;
auto_ptr<string> vocation; 
vocaticn = ps;

上述賦值語句將完成甚么工作呢？如果ps和vocation是常規指針，則兩個指針將指向同1個string對象。這是不能接受的，由于程序將試圖刪除同1個對象兩次――1次是ps過期時，另外一次是vocation過期時。要避免這類問題，方法有多種：

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正文

1. 智能指針背后的設計思想

2. C++智能指針簡單介紹

3. 為何摒棄auto_ptr？