27.C++- 智能指针

智能指针

• 在C++库中最重要的类模板之一
• 智能指针实际上是将指针封装在一个类里,通过对象来管理指针.

 

STL中的智能指针auto_ptr

头文件: <memory>

• 生命周期结束时,自动摧毁指向的内存空间
• 不能指向堆数组(因为auto_ptr的析构函数删除指针用的是delete,而不是delete[])
• auto_ptr的构造函数为explicit类型,所以只能显示初始化,比如:

　　auto_ptr<int> ap1(new int(1));      //初始化正确,创建ap1类模板对象,使类模板里的指针为int*型,并指向1的地址

　　int* p = new int(1);
　　auto_ptr<int> ap2(p);               //初始化正确


　　// auto_ptr<int> ap3 = new int(2);  //出错,不能隐式初始化

• 提供get()成员函数,可以用来查看类里的指针地址.比如:

　　auto_ptr<int> ap(new int(1));         
　　cout<< ap.get()<<endl;          //打印数值1的地址 : 0x6d2d18
      

　　int *p =ap.get();
　　cout<< *p<<endl;                  //打印数值1

• 一片堆空间只属于一个智能指针对象(因为多个指向相同地址的智能指针调用析构函数时,会出现bug)
• 当auto_ptr被拷贝或赋值后,则自身的指针指向的地址会被抢占,比如:

　　auto_ptr<int> p1(new int(1));
　　auto_ptr<int> p2(new int(2));

　　p1 =p2;                                    //首先会delete p1对象的类成员指针,然后将p2对象的类成员指针赋值给p1, 最后修改p2指针地址为NULL

　　cout<<"p2 ="<<p2.get()<<endl;             //打印 : p2=0

　　//cout<<*p2<<endl;                        //出错,因为p2=0

 

初探auto_ptr智能指针

#include <iostream>
#include <memory>

using namespace std;

class Test
{
public:
       int mvalue;
       Test(int i=0)
       {
              mvalue=i;
              cout<< "Test("<<mvalue<<")"<<endl;
       }

       ~Test()
       {
              cout<< "~Test("<<mvalue<<")"<<endl;
       }
};

void func()                           //在func函数里使用auto_ptr
{
       auto_ptr<Test> p1(new Test(1));
       cout<<"p1 ="<<p1.get()<<endl;

       cout<<endl;

       auto_ptr<Test> p2(new Test(2));
       cout<<"p2 ="<<p2.get()<<endl;

       cout<<endl;

       cout<<"p1=p2"<<endl;
       p1=p2;   

       cout<<endl;

       cout<<"p1 ="<<p1.get()<<endl;
       cout<<"p2 ="<<p2.get()<<endl;
}

int main()
{  
       cout<<"*****begin*****"<<endl;
       func();  
       cout<<"*****end*****"<<endl;

       return 0;
}

运行打印:

*****begin*****
Test(1)
p1 =0x8db1008

Test(2)
p2 =0x8db1018

p1=p2
~Test(1)

p1 =0x8db1018
p2 =0
~Test(2)
*****end*****

从结果可以看到,由于func()的生命周期结束,所以里面的auto_ptr指针自动就被释放了。

可以发现在调用p1=p2时, 首先会delete p1对象的类成员指针(调用~Test(1)析构函数),然后将p2对象的类成员指针赋值给p1(p1=0x8db1018), 最后修改p2指针地址为NULL(p2 =0)。

 

STL中的智能指针shared_ptr(需要C++11支持)

• 带有引用计数机制,支持多个指针对象指向同一片内存(实现共享)
• 提供swap()成员函数,用来交换两个相同类型的对象,比如:

　　shared_ptr<int> p1(new int(1));
　　shared_ptr<int> p2(new int(2));

　　p1.swap(p2);                  //交换后 p1=2,p2=1

　　cout<< *p1 <<endl;            //打印 2
　　cout<< *p2 <<endl;            //打印 1

 

• 提供unique()成员函数, 判断该指针对象地址是否被其它指针对象引用
• 提供get()成员函数,用来获取指针对象指向的地址
• 提供reset()成员函数,将自身指针对象地址设为NULL,并将引用计数-1(当计数为0,会自动去delete内存)
• 提供use_count()成员函数,可以用来查看引用计数个数,比如:

　　shared_ptr<int> sp1(new int(30));      //计数+1
　　cout<<sp1.use_count()<<endl;           //打印计数:1
　　cout<<sp1.unique()<<endl;              //打印:1
　　

　　shared_ptr<int> sp2(sp1);               //计数+1
　　cout<<sp1.use_count()<<endl;            //打印:2
　　cout<<sp1.unique()<<endl;               //由于sp1指针对象被sp2引用,打印:0


　　sp1.reset();                            //将sp1指针对象地址设为NULL,计数-1

　　cout<<sp1.get()<<endl;                  //sp1指针对象地址为NULL,打印:0

　　cout<<sp2.use_count()<<endl;            //打印:1

　　cout<<sp2.unique()<<endl;               //由于sp1释放,仅剩下sp2指向30所在的地址,所以打印:1

 

初探shared_ptr智能指针(以上个Test类为例分析)

#include <iostream>
#include <memory>

using namespace std;

class Test
{
public:
       int mvalue;
       Test(int i=0)
       {
              mvalue=i;
              cout<< "Test("<<mvalue<<")"<<endl;
       }

       ~Test()
       {
              cout<< "~Test("<<mvalue<<")"<<endl;
       }
};

int main()
{  
       cout<<"*****begin*****"<<endl;

       shared_ptr<Test> p1(new Test(1));
       shared_ptr<Test> p2(p1);

       cout<<"*p1="<< p1->mvalue<<","<<"*p2="<<p2->mvalue<<endl;

       p1.reset();
       p2.reset();     

       cout<<"count:"<<p2.use_count()<<endl;

       cout<<"*****end*****"<<endl;
       return 0;
}

运行打印:

*****begin*****
Test(1)
*p1=1, *p2=1
~Test(1)
count:0
*****end*****

从结果可以看到,我们把p1和p2都释放了后,由于count=0,便自动去delete Test指针了.

 

STL中的其它智能指针(在后面学习到,再来深入描述)

可以通过T *data()成员函数来获取指向的地址

-weak_ptr

• 配合shared_ptr而引入的一种智能指针

-unique_ptr

• 只能一个指针对象指向一片内存空间(和auto_ptr类似),但是不能被拷贝和赋值(实现唯一性)

 

QT中的智能指针

-QPointer 

• 当其指向的对象被销毁时,本身会自动赋值为NULL(从而避免被多次释放和野指针)
• 缺点在于,该模板类析构时,不会自动摧毁所指向的对象(需要手工delete)

 

QObject *obj = new QObject;
QPointer<QObject> pObj(obj);
delete obj;
Q_ASSERT(pObj.isNull()); // pObj will be nullptr now

 

 

 

-QSharedPointer 

• 带有引用计数机制,支持多个指针对象指向同一片内存(实现共享)
• 可以被自由地拷贝和赋值
• 当引用计数为0(最后一个指针被摧毁)时,才删除指向的对象(和shared_ptr类似)

-QScopedPointer 

• 优点在于生命期结束后会自动删除它所指的对象(不需要手工delete)
• 不支持多个QScopedPointer指针对象指向同一片内存(不能共享)

示例:

    QScopedPointer<QPushButton>  p1(new QPushButton);

 如果想获取指针可以用:

    QScopedPointer<int>  p1(new int(10));

    *p1=10;

    qDebug()<<"p1"<<*p1<<p1.data(); // 打印p1 10 0x3086840

    int* p2 = p1.data();            //获取new出来的地址

    *p2=15;

    qDebug()<<"p1"<<*p1<<p1.data(); //打印p1 15 0x3086840
    qDebug()<<"p2"<<*p2<<p2;        //打印p2 15 0x3086840

 由于QScopedPointer特性,所以这样只能在同一个作用域下有效,如果想在退出函数后,继续使用它,则需要take()函数,取消释放:

QLabel* p2;
QLabel * createLabel()
{
    QScopedPointer<QLabel> pLabel(new QLabel());
    p2=  pLabel.data();
  //  return pLabel.data();  //出错
   return  pLabel.take(); //返回分配的地址,并将pLabel内部指针置为NULL,这样析构时,不会释放指针.
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    QApplication a(argc, argv);
    QScopedPointer<QLabel> p1(createLabel());
    p1->setText("hello");
    p1->show();

    qDebug()<<p2<<p2->text();   //打印:QLabel(0x1aab848) "hello"
}