C++智能指针 shared_ptr
shared_ptr 是一个标准的共享所有权的智能指针, 允许多个指针指向同一个对象. 定义在 memory 文件中(非memory.h), 命名空间为 std.
std::shared_ptr<int> sp1 = std::make_shared<int>(10);
std::shared_ptr<std::string> sp2 = std::make_shared<std::string>("Hello c++");
auto sp4 = std::make_shared<std::string>("c++11");
printf("sp4=%s
", (*sp4).c_str());
1.use_count 返回引用计数的个数
2.unique 返回是否是独占所有权( use_count 为 1)
3.swap 交换两个 shared_ptr 对象(即交换所拥有的对象)
4.reset 放弃内部对象的所有权或拥有对象的变更, 会引起原有对象的引用计数的减少
5.get 返回内部对象(指针), 由于已经重载了()方法, 因此和直接使用对象是一样的.如 shared_ptr<int> sp(new int(1)); sp 与 sp.get()是等价的
std::shared_ptr<int> sp0(new int(2));
std::shared_ptr<int> sp1(new int(11));
std::shared_ptr<int> sp2 = sp1;
printf("%d
", *sp0); // 2
printf("%d
", *sp1); // 11
printf("%d
", *sp2); // 11
sp1.swap(sp0);
printf("%d
", *sp0); // 11
printf("%d
", *sp1); // 2
printf("%d
", *sp2); // 11
std::shared_ptr<int> sp3(new int(22));
std::shared_ptr<int> sp4 = sp3;
printf("%d
", *sp3); // 22
printf("%d
", *sp4); // 22
sp3.reset();
printf("%d
", sp3.use_count()); // 0
printf("%d
", sp4.use_count()); // 1
printf("%d
", sp3); // 0
printf("%d
", sp4); // 指向所拥有对象的地址
std::shared_ptr<int> sp5(new int(22));
std::shared_ptr<int> sp6 = sp5;
std::shared_ptr<int> sp7 = sp5;
printf("%d
", *sp5); // 22
printf("%d
", *sp6); // 22
printf("%d
", *sp7); // 22
printf("%d
", sp5.use_count()); // 3
printf("%d
", sp6.use_count()); // 3
printf("%d
", sp7.use_count()); // 3
sp5.reset(new int(33));
printf("%d
", sp5.use_count()); // 1
printf("%d
", sp6.use_count()); // 2
printf("%d
", sp7.use_count()); // 2
printf("%d
", *sp5); // 33
printf("%d
", *sp6); // 22
printf("%d
", *sp7); // 22
shared_ptr 的赋值构造函数和拷贝构造函数:
auto r = std::make_shared<int>(); // r的指向的对象只有一个引用, 其 use_count == 1
auto q = r; // r指向的对象的引用计数加1, 此时 q 与 r 指向同一个对象, 并且其引用计数相同, 都为原来的值加1.
使用 shared_ptr 的注意事项
(1) shared_ptr 作为被保护的对象的成员时, 小心因循环引用造成无法释放资源.
假设 a 对象中含有一个 shared_ptr<CB> 指向 b 对象, b 对象中含有一个 shared_ptr<CA> 指向 a 对象, 并且 a, b 对象都是堆中分配的
考虑对象 b 中的 m_spa 是我们能最后一个看到 a 对象的共享智能指针, 其 use_count 为2, 因为对象 b 中持有 a 的指针, 所以当 m_spa 说再见时,
m_spa 只是把 a 对象的 use_count 改成1; 对象 a 同理; 然后就失去了 a,b 对象的联系.
解决此方法是使用 weak_ptr 替换 shared_ptr . 以下为错误用法, 导致相互引用, 最后无法释放对象
运行下述代码会发现 CA, CB 析构函数都不会打印. 因为他们都没有释放内存.
class CB;
class CA;
class CA
{
public:
CA(){}
~CA(){PRINT_FUN();}
void Register(const std::shared_ptr<CB>& sp)
{
m_sp = sp;
}
private:
std::shared_ptr<CB> m_sp;
};
class CB
{
public:
CB(){};
~CB(){PRINT_FUN();};
void Register(const std::shared_ptr<CA>& sp)
{
m_sp = sp;
}
private:
std::shared_ptr<CA> m_sp;
};
std::shared_ptr<CA> spa(new CA);
std::shared_ptr<CB> spb(new CB);
spb->Register(spa);
spa->Register(spb);
printf("%d
", spb.use_count()); // 2
printf("%d
", spa.use_count()); // 2
(2) 小心对象内部生成 shared_ptr
class Y : public std::enable_shared_from_this<Y>
{
public:
std::shared_ptr<Y> GetSharePtr()
{
return shared_from_this();
}
};
对普通的类(没有继承 enable_shared_from_this) T 的 shared_ptr<T> p(new T). p 作为栈对象占8个字节，为了记录( new T )对象的引用计数, p 会在堆上分配 16 个字节以保存引用计数等“智能信息”.
share_ptr 没有“嵌入(intrusive)”到T对象, 或者说T对象对 share_ptr 毫不知情.
而 Y 对象则不同, Y 对象已经被“嵌入”了一些 share_ptr 相关的信息, 目的是为了找到“全局性”的那16字节的本对象的“智能信息”.
考虑下面的代码:
Y y;
std::shared_ptr<Y> spy = y.GetSharePtr(); // 错误, y 根本不是 new 创建的
Y* y = new Y;
std::shared_ptr<Y> spy = y->GetSharePtr(); // 错误, 问题依旧存在, 程序直接崩溃
正确用法:
std::shared_ptr<Y> spy(new Y);
std::shared_ptr<Y> p = spy->GetSharePtr();
printf("%d
", p.use_count()); // 2
(3) 小心多线程对引用计数的影响
首先, 如果是轻量级的锁, 比如 InterLockIncrement 等, 对程序影响不大; 如果是重量级的锁, 就要考虑因为 share_ptr 维护引用计数而造成的上下文切换开销.
其次, 多线程同时对 shared_ptr 读写时, 行为不确定, 因为shared_ptr本身有两个成员px，pi. 多线程同时对 px 读写要出问题, 与一个 int 的全局变量多线程读写会出问题的原因一样.
(4) 与 weak_ptr 一起工作时, weak_ptr 在使用前需要检查合法性
std::weak_ptr<A> wp;
{
std::shared_ptr<A> sp(new A); //sp.use_count()==1
wp = sp; //wp不会改变引用计数，所以sp.use_count()==1
std::shared_ptr<A> sp2 = wp.lock(); //wp没有重载->操作符。只能这样取所指向的对象
}
printf("expired:%d
", wp.expired()); // 1
std::shared_ptr<A> sp_null = wp.lock(); //sp_null .use_count()==0;
(5) shared_ptr 不支持数组, 如果使用数组, 需要自定义删除器, 如下是一个利用 lambda 实现的删除器:
std::shared_ptr<int> sps(new int[10], [](int *p){delete[] p;});
对于数组元素的访问, 需使要使用 get 方法取得内部元素的地址后, 再加上偏移量取得.
for (size_t i = 0; i < 10; i++)
{
*((int*)sps.get() + i) = 10 - i;
}
for (size_t i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d -- %d
", i, *((int*)sps.get() + i));
}