详解C++11智能指针中的shared_ptr
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C++中的智能指针首先出现在“准”标准库boost中。
随着使用的人越来越多,为了让开发人员更方便、更安全的使用动态内存,C++11也引入了智能指针来管理动态对象。
在新标准中,主要提供了shared_ptr、unique_ptr、weak_ptr三种不同类型的智能指针。
接下来的几篇文章,我们就来总结一下这些智能指针的使用。
今天,我们先来看看shared_ptr智能指针。
shared_ptr 智能指针
shared_ptr是一个引用计数智能指针,用于共享对象的所有权也就是说它允许多个指针指向同一个对象。这一点与原始指针一致。
先来一段简单的代码,看看shared_ptr的简单使用:
#include#include using namespace std; class Example { public: Example() : e(1) { cout << "Example Constructor..." << endl; } ~Example() { cout << "Example Destructor..." << endl; } int e; }; int main() { shared_ptr pInt(new Example()); cout << (*pInt).e << endl; cout << "pInt引用计数: " << pInt.use_count() << endl; shared_ptr pInt2 = pInt; cout << "pInt引用计数: " << pInt.use_count() << endl; cout << "pInt2引用计数: " << pInt2.use_count() << endl; }
程序输出如下:
Example Constructor...
pInt: 1
pInt引用计数: 1
pInt引用计数: 2
pInt2引用计数: 2
Example Destructor...
从上面这段代码中,我们对shared_ptr指针有了一些直观的了解。
一方面,跟STL中大多数容器类型一样,shared_ptr也是模板类,因此在创建shared_ptr时需要指定其指向的类型。
另一方面,正如其名一样,shared_ptr指针允许让多个该类型的指针共享同一堆分配对象。
同时shared_ptr使用经典的“引用计数”方法来管理对象资源,每个shared_ptr对象关联一个共享的引用计数。
对于shared_ptr在拷贝和赋值时的行为,《C++Primer第五版》中有详细的描述:
每个shared_ptr都有一个关联的计数值,通常称为引用计数。无论何时我们拷贝一个shared_ptr,计数器都会递增。
例如,当用一个shared_ptr初始化另一个shred_ptr,或将它当做参数传递给一个函数以及作为函数的返回值时,它 所关联的计数器就会递增。
当我们给shared_ptr赋予一个新值或是shared_ptr被销毁(例如一个局部的 shared_ptr离开其作用域)时,计数器就会递减。
一旦一个shared_ptr的计数器变为0,它就会自动释放自己所管理 的对象。
对比我们上面的代码可以看到:当我们将一个指向Example对象的指针交给pInt管理后,其关联的引用计数为1。
接下来,我们用pInt初始化pInt2,两者关联的引用计数值增加为2。随后,函数结束,pInt和PInt2相继离开函数作用于,相应的引用计数值分别自减1最后变为0,于是Example对象被自动释放(调用其析构函数)。
接下来,我们完整地介绍一下shared_ptr的常见用法:
1、创建shared_ptr实例
最安全和高效的方法是调用make_shared库函数,该函数会在堆中分配一个对象并初始化,最后返回指向此对象的share_ptr实例。
如果你不想使用make_ptr,也可以先明确new出一个对象,然后把其原始指针传递给share_ptr的构造函数。
示例如下:
int main() { // 传递给make_shared函数的参数必须和shared_ptr所指向类型的某个构造函数相匹配 shared_ptrpStr = make_shared (10, 'a'); cout << *pStr << endl; // aaaaaaaaaa int *p = new int(5); shared_ptr pInt(p); cout << *pInt << endl; // 5 }
2、访问所指对象
shared_ptr的使用方式与普通指针的使用方式类似,既可以使用解引用操作符*获得原始对象进而访问其各个成员,也可以使用指针访问符->来访问原始对象的各个成员。
3、拷贝和赋值操作
我们可以用一个shared_ptr对象来初始化另一个share_ptr实例,该操作会增加其引用计数值。
例如:
int main() { shared_ptrpStr = make_shared (10, 'a'); cout << pStr.use_count() << endl; // 1 shared_ptr pStr2(pStr); cout << pStr.use_count() << endl; // 2 cout << pStr2.use_count() << endl; // 2 }
如果shared_ptr实例p和另一个shared_ptr实例q所指向的类型相同或者可以相互转换,我们还可以进行诸如p = q这样赋值操作。
该操作会递减p的引用计数值,递增q的引用计数值。
例如:
class Example { public: Example(string n) : name(n) { cout << n << " constructor..." << endl; } ~Example() { cout << name << " destructor..." << endl; } string name; }; int main() { shared_ptrpStr = make_shared ("a object"); shared_ptr pStr2 = make_shared ("b object"); cout << pStr.use_count() << endl; cout << pStr2.use_count() << endl; pStr = pStr2; // 此后pStr和pStr指向相同对象 cout << pStr->name << endl; cout << pStr2->name << endl; }
输出如下:
a object constructor...
b object constructor...
1
1
a object destructor...
b object
b object
b object destructor...
4、检查引用计数
shared_ptr提供了两个函数来检查其共享的引用计数值,分别是unique()和use_count()。
在前面,我们已经多次使用过use_count()函数,该函数返回当前指针的引用计数值。值得注意的是use_count()函数可能效率很低,应该只把它用于测试或调试。
unique()函数用来测试该shared_ptr是否是原始指针唯一拥有者,也就是use_count()的返回值为1时返回true,否则返回false。
示例:
int main() { shared_ptrpStr = make_shared (10, 'a'); cout << pStr.unique() << endl; // true shared_ptr pStr2(pStr); cout << pStr2.unique() << endl; // false; }
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