C++中智能指针的设计和使用
智能指针就是模拟指针动作的类。全部的智能指针都会重载 -> 和 * 操作符。智能指针还有更多功能。比較实用的是自己主动销毁。这主要是利用栈对象的有限作用域以及暂时对象(有限作用域实现)析构函数释放内存。
当然,智能指针还不止这些,还包含复制时能够改动源对象等。智能指针依据需求不同,设计也不同(写时复制,赋值即释放对象拥有权限、引用计数等,控制权转移等)。auto_ptr 即是一种常见的智能指针。
智能指针通经常使用类模板实现:
- template <class T>
- class smartpointer
- {
- private:
- T *_ptr;
- public:
- smartpointer(T *p) : _ptr(p) //构造函数
- {
- }
- T& operator *() //重载*操作符
- {
- return *_ptr;
- }
- T* operator ->() //重载->操作符
- {
- return _ptr;
- }
- ~smartpointer() //析构函数
- {
- delete _ptr;
- }
- };
- // 定义仅由HasPtr类使用的U_Ptr类。用于封装使用计数和相关指针
- // 这个类的全部成员都是private。我们不希望普通用户使用U_Ptr类,所以它没有不论什么public成员
- // 将HasPtr类设置为友元。使其成员能够訪问U_Ptr的成员
- class U_Ptr
- {
- friend class HasPtr;
- int *ip;
- size_t use;
- U_Ptr(int *p) : ip(p) , use(1)
- {
- cout << "U_ptr constructor called !" << endl;
- }
- ~U_Ptr()
- {
- delete ip;
- cout << "U_ptr distructor called !" << endl;
- }
- };
可是,析构函数不能无条件的删除指针。
”
条件就是引用计数。假设该对象被两个指针所指。那么删除当中一个指针。并不会调用该指针的析构函数。由于此时还有另外一个指针指向该对象。看来,智能指针主要是预防不当的析构行为,防止出现悬垂指针。
如上图所看到的,HasPtr就是智能指针,U_Ptr为计数器;里面有个变量use和指针ip,use记录了*ip对象被多少个HasPtr对象所指。
如果如今又两个HasPtr对象p1、p2指向了U_Ptr。那么如今我delete p1。use变量将自减1, U_Ptr不会析构,那么U_Ptr指向的对象也不会析构。那么p2仍然指向了原来的对象,而不会变成一个悬空指针。当delete p2的时候,use变量将自减1,为0。
此时,U_Ptr对象进行析构,那么U_Ptr指向的对象也进行析构,保证不会出现内存泄露。
包括指针的类须要特别注意复制控制,原因是复制指针时仅仅复制指针中的地址。而不会复制指针指向的对象。
大多数C++类用三种方法之中的一个管理指针成员
(1)无论指针成员。复制时仅仅复制指针。不复制指针指向的对象。
当当中一个指针把其指向的对象的空间释放后。其他指针都成了悬浮指针。这是一种极端
(2)当复制的时候,即复制指针,也复制指针指向的对象。这样可能造成空间的浪费。由于指针指向的对象的复制不一定是必要的。
(3) 第三种就是一种折中的方式。利用一个辅助类来管理指针的复制。原来的类中有一个指针指向辅助类,辅助类的数据成员是一个计数器和一个指针(指向原来的)(此为本次智能指针实现方式)。
事实上,智能指针的引用计数类似于java的垃圾回收机制:java的垃圾的判定非常简答,假设一个对象没有引用所指,那么该对象为垃圾。
系统就能够回收了。
HasPtr 智能指针的声明例如以下。保存一个指向U_Ptr对象的指针。U_Ptr对象指向实际的int基础对象,代码例如以下:
- #include<iostream>
- using namespace std;
- // 定义仅由HasPtr类使用的U_Ptr类。用于封装使用计数和相关指针
- // 这个类的全部成员都是private,我们不希望普通用户使用U_Ptr类,所以它没有不论什么public成员
- // 将HasPtr类设置为友元。使其成员能够訪问U_Ptr的成员
- class U_Ptr
- {
- friend class HasPtr;
- int *ip;
- size_t use;
- U_Ptr(int *p) : ip(p) , use(1)
- {
- cout << "U_ptr constructor called !" << endl;
- }
- ~U_Ptr()
- {
- delete ip;
- cout << "U_ptr distructor called !" << endl;
- }
- };
- class HasPtr
- {
- public:
- // 构造函数:p是指向已经动态创建的int对象指针
- HasPtr(int *p, int i) : ptr(new U_Ptr(p)) , val(i)
- {
- cout << "HasPtr constructor called ! " << "use = " << ptr->use << endl;
- }
- // 复制构造函数:复制成员并将使用计数加1
- HasPtr(const HasPtr& orig) : ptr(orig.ptr) , val(orig.val)
- {
- ++ptr->use;
- cout << "HasPtr copy constructor called ! " << "use = " << ptr->use << endl;
- }
- // 赋值操作符
- HasPtr& operator=(const HasPtr&);
- // 析构函数:假设计数为0。则删除U_Ptr对象
- ~HasPtr()
- {
- cout << "HasPtr distructor called ! " << "use = " << ptr->use << endl;
- if (--ptr->use == 0)
- delete ptr;
- }
- // 获取数据成员
- int *get_ptr() const
- {
- return ptr->ip;
- }
- int get_int() const
- {
- return val;
- }
- // 改动数据成员
- void set_ptr(int *p) const
- {
- ptr->ip = p;
- }
- void set_int(int i)
- {
- val = i;
- }
- // 返回或改动基础int对象
- int get_ptr_val() const
- {
- return *ptr->ip;
- }
- void set_ptr_val(int i)
- {
- *ptr->ip = i;
- }
- private:
- U_Ptr *ptr; //指向使用计数类U_Ptr
- int val;
- };
- HasPtr& HasPtr::operator = (const HasPtr &rhs) //注意,这里赋值操作符在降低做操作数的使用计数之前使rhs的使用技术加1。从而防止自我赋值
- {
- // 添加右操作数中的使用计数
- ++rhs.ptr->use;
- // 将左操作数对象的使用计数减1。若该对象的使用计数减至0,则删除该对象
- if (--ptr->use == 0)
- delete ptr;
- ptr = rhs.ptr; // 复制U_Ptr指针
- val = rhs.val; // 复制int成员
- return *this;
- }
- int main(void)
- {
- int *pi = new int(42);
- HasPtr *hpa = new HasPtr(pi, 100); // 构造函数
- HasPtr *hpb = new HasPtr(*hpa); // 拷贝构造函数
- HasPtr *hpc = new HasPtr(*hpb); // 拷贝构造函数
- HasPtr hpd = *hpa; // 拷贝构造函数
- cout << hpa->get_ptr_val() << " " << hpb->get_ptr_val() << endl;
- hpc->set_ptr_val(10000);
- cout << hpa->get_ptr_val() << " " << hpb->get_ptr_val() << endl;
- hpd.set_ptr_val(10);
- cout << hpa->get_ptr_val() << " " << hpb->get_ptr_val() << endl;
- delete hpa;
- delete hpb;
- delete hpc;
- cout << hpd.get_ptr_val() << endl;
- return 0;
- }
如果如今又两个智能指针p1、 p2,一个指向内容为42的内存。一个指向内容为100的内存。例如以下图:
如今。我要做赋值操作,p2 = p1。
对照着上面的
- HasPtr& operator=(const HasPtr&); // 赋值操作符
- ++rhs.ptr->use; // 添加右操作数中的使用计数
- if (--ptr->use == 0)
- delete ptr;
此时,条件成立。由于u2的use为1。
那么,执行U_Ptr的析构函数,而在U_Ptr的析构函数中,做了delete ip操作,所以释放了内存。不会有内存泄露的问题。
接下来的操作非常自然。无需多言:
- ptr = rhs.ptr; // 复制U_Ptr指针
- val = rhs.val; // 复制int成员
- return *this;
红色标注的就是变化的部分:
而还要注意的是,重载赋值操作符的时候,一定要注意的是,检查自我赋值的情况。
如图所看到的:
此时。做p1 = p1的操作。那么。首先u1.use自增1。为2。然后。u1.use自减1,为1。那么就不会运行delete操作,剩下的操作都能够顺利进行。按《C++ primer》说法,“这个赋值操作符在降低左操作数的使用计数之前使rhs的使用计数加1,从而防止自身赋值”。哎。反正我是那样理解的。
当然,赋值操作符函数中一来就能够按常规那样:
- if(this == &rhs)
- return *this;
原文地址:http://blog.csdn.net/hackbuteer1/article/details/7561235