有关智能指针(shared_ptr)的讨论
1. boost::shared_ptr的用法
下面用一个简单的例子说明shared_ptr的用法:
#include <stdio.h> #include <boost/shared_ptr.hpp> class A { public: void print() { printf("class A print!\n"); } }; int main(int argc, char **argv) { boost::shared_ptr<A> a1(new A()); a1->print(); }
shared_ptr不用手动去释放资源,它会智能地在合适的时候去自动释放。如上面的例子,a1指向的对象将会在程序结束的时候自动释放(程序结束时所有申请的资源都会被释放,这只是为了说明其作用)。再来看下面的例子:
//同上 int main(int argc, char **argv) { boost::shared_ptr<A> a1(new A()); a1->print(); printf("a1 reference count: %d\n", a1.use_count()); boost::shared_ptr<A> a2 = a1; printf("a1 reference count: %d\n", a1.use_count()); printf("a2 reference count: %d\n", a2.use_count()); a1.reset(); printf("a2 reference count: %d\n", a2.use_count()); }
程序输出结果:
class A print! a1 reference count: 1 a1 reference count: 2 a2 reference count: 2 a2 reference count: 1
上面调用了两上shared_ptr的成员方法,user_count()的作用是获得当前对象被引用的次数,reset()的作用是释放指针对对象的引用,将指针设为空。
2. boost::shared_ptr的实现机制
boost::shared_ptr的实现机制其实比较简单,就是对指针引用的对象进行引用计数,当有一个新的boost::shared_ptr指针指向一个对象时,就把该对象的引用计数加1,减少一个boost::shared_ptr指针指向一个对象时,就把对该对象的引用计数减1。当一个对象的引用计数变为0时,就会自动调用其析构函数或者free掉相应的空间。
boost::shared_ptr的常用成员函数:
(1) 构造一个空的指针
shared_ptr(); // never throws shared_ptr(std::nullptr_t); // never throws template<class D> shared_ptr(std::nullptr_t p, D d); template<class D, class A> shared_ptr(std::nullptr_t p, D d, A a);
上面几个函数可以初始化一个空的shared_ptr指针,其中,第三和第四个函数中的参数的意思是:d表示一个删除器(deleter),它会在释放资源的时候被调用,delete p会变成d(p)。a表示一个构造器,被用作分配空间。这两个接口允许调用者自己提供构造器和删除器,来自定义自己的构造和释放行为。
(2) 根据变量构造指针
template<class Y> explicit shared_ptr(Y * p); template<class Y, class D> shared_ptr(Y * p, D d); template<class Y, class D, class A> shared_ptr(Y * p, D d, A a);
这几个构造函数是通过一个Y类型的指针类型p来初始化shared_ptr指针,初始化后,指针会指针p所指的对象。其中,参数d和a的意义和上面相同。
(3) 拷贝构造函数
shared_ptr拥有常见的拷贝构造,移动构造函数,用法和普通构造函数一样,这里不做详述。还有一个比较特殊的构造函数:
template<class Y> shared_ptr(shared_ptr<Y> const & r, element_type * p); // never throws
这个函数的在boost的帮助文档中解释为:constructs a shared_ptr
that shares ownership with r
and stores p(构造一个shared_ptr对象存储p并且与r共享所有权),这个构造函数被称为
aliasing constructor(不知道如何翻译,aliasing有重叠的意思)。r是将要共享所有权的指针,p是实际指向的对象,构造的指针调用get()或者operator->将返回p,而不是r。为了更好的理解这个函数,我们考虑shared_ptr指针对象由两个部分构成,一个是它的所有权(可以与其他指针共享的),另一个是它实际存储的对象。在普通应用中,这两部分是相同的。在由上述函数构造的shared_ptr中,两个部分是不同的。当一个指针的引用计数为0时,如果它还与其他指针共享所有权,那么它实际存储的对象不会被删除,直到共享的引用计数为0。下面的例子会更直观一些。
struct data {...}; struct object { data data_; }; void f () { shared_ptr<object> o (new object); // use_count == 1 shared_ptr<data> d (o, &o->data_); // use_count == 2 o.reset (); // use_count == 1 // When d goes out of scope, object is deleted. } void g () { typedef std::vector<object> objects; shared_ptr<objects> os (new objects); // use_count == 1 os->push_back (object ()); os->push_back (object ()); shared_ptr<object> o1 (os, &os->at (0)); // use_count == 2 shared_ptr<object> o2 (os, &os->at (1)); // use_count == 3 os.reset (); // use_count == 2 // When o1 goes out of scope, use_count becomes 1. // When o2 goes out of scope, objects is deleted. }
关于这一函数的应用参考:http://codesynthesis.com/~boris/blog/2012/04/25/shared-ptr-aliasing-constructor/
有关shared_ptr的其他成员函数参考:http://www.boost.org/doc/libs/1_53_0/libs/smart_ptr/shared_ptr.htm#functions
3. 使用boost::shared_ptr的注意事项
(1) 不要把一个原生指针给多个shared_ptr管理
int* ptr = new int; boost::shared_ptr<int> p1(ptr); boost::shared_ptr<int> p2(ptr);
这样做会导致ptr会被释放两次。在实际应用中,保证除了第一个shared_ptr使用ptr定义之外,后面的都采用p1来操作,就不会出现此类问题。
(2) 不要在函数实参里创建shared_ptr
function(shared_ptr<int>(new int), g()); //有缺陷 //可能的过程是先new int,然后调g(),g()发生异常,shared_ptr<int>没有创建,int内存泄露 //推荐写法 shared_ptr<int> p(new int()); f(p, g());
(3) 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。
简单的例子:
class parent; class children; typedef boost::shared_ptr<parent> parent_ptr; typedef boost::shared_ptr<children> children_ptr; class parent { public: children_ptr children; }; class children {public: parent_ptr parent; }; void test() { boost::shared_ptr<parent> father( new parent); boost::shared_ptr<children> son(new children); father->children = son; //user_count() == 2 son->parent = father; //user_count() == 2 }
在这个例子中,出现了循环引用计数,赋值后use_count()变为2,出函数后变为1,资源无法被释放。boost的解决方法是采用weak_ptr来保存。
class parent {public: boost::weak_ptr<children> children; }; class children {public: boost::weak_ptr<father> parent; };
因为boost不会影响weak_ptr不会影响引用计数,不会造成循环引用计数。
(4) 不要把this指针给shared_ptr
将this指针赋给shared_ptr会出现this指针被释放两次的危险,如下面的代码,会在t释放时析构一次,shared_ptr释放时析构一次。
class test { public: boost::shared_ptr<test> pget() { return boost::shared_ptr<test>(this); } }; test t; boost::shared_ptr<test> pt = t.pget();
boost库提供的解决方法是:使用enable_shared_from_this来实现。
class test : public boost::enable_shared_from_this<test> { public: boost::shared_ptr<test> pget() { return shared_from_this(); } }; test t; boost::shared_ptr<test> pt = t.pget();
4. std::tr1::shared_ptr和boost::shared_ptr
在新版本的C++标准中引用shared_ptr智能指针,名空间是std::tr1::shared_ptr。它和boost::shared_ptr的用法相同,在gcc4.3.x及以上的版本加选项-std=gnu++0x即可使用。
参考:
1. boost::shared_ptr参考:http://www.boost.org/doc/libs/1_53_0/libs/smart_ptr/shared_ptr.htm
2. aliasing constructor函数原理及用法:http://codesynthesis.com/~boris/blog/2012/04/25/shared-ptr-aliasing-constructor/
3. std::tr1::shared_ptr参考:http://www.cplusplus.com/reference/memory/shared_ptr/
4. http://www.cnblogs.com/TianFang/archive/2008/09/19/1294521.html