boost之内存管理
内存管理一直是令C++程序员最头疼的工作，C++继承了C那高效而又灵活的指针，使用起来稍微不小心就会导致内存泄露、野指针、越界访问等访问。虽然C++标准提供了只能指针std::auto_ptr，但是并没有解决所有问题。boost的smart_ptr库是对C++98标准的绝佳补充。它提供了六种智能指针，包括scoped_ptr、scoped_array、shared_ptr、shared_array、week_ptr、instrusive_ptr（不建议使用）。现在我们就学习一下这几种智能指针的使用方法和注意事项：
#include<boost/smart_ptr.hpp> #include<boost/smart_ptr/scoped_ptr.hpp> #include<boost/make_shared.hpp> #include<boost/enable_shared_from_this.hpp> #include<string> #include<vector> #include<cstdio> using namespace std; using namespace boost; struct posix_file { posix_file(const char* file_name) { cout<<"open file:"<<file_name<<endl; } ~posix_file() { cout<<"close file"<<endl; } }; void any_func(void* p) { cout<<"some operate"<<endl; } class self_shared : public enable_shared_from_this<self_shared> { public: self_shared(int n):x(n){} int x; void print() { cout<<"self_shared:"<<x<<endl; } }; void ptr_test() { /*scoped_ptr*/ scoped_ptr<string> sp(new string("text")); cout<<*sp<<endl; cout<<sp->size()<<endl; //delete sp; 不需要delete //scoped_ptr<string> sp1(sp); 不允许，拷贝构造函数为私有 //scoped_ptr<string> sp2 = sp; 不允许，赋值函数为私有 //sp++; //错误，未定义++操作 scoped_ptr<int> p(new int); if(p) //在bool语境中测试指针是否有效 { *p=100; //可以向普通指针一样使用解引用操作符* cout<<*p<<endl; } p.reset(); //reset()置空scoped_ptr if(p==0) { cout<<"该指针为空"<<endl; } if(!p) //在bool语境中测试，可以用!操作符 { cout<<"该指针为空"<<endl; } //将在离开作用域是自动析构，从而关闭文件释放资源 scoped_ptr<posix_file> fp(new posix_file("a.txt")); /*auto_ptr 和 scoped_ptr 区别*/ auto_ptr<int> ap(new int(10)); //一个int的自动指针 scoped_ptr<int> sp3(ap); //从 auto_ptr 获得原始指针 if(ap.get()==0) //原auto_ptr不再拥有指针 { cout<<"该指针为空"<<endl; } ap.reset(new int(20)); //auto_ptr 拥有新的指针 cout<<*ap<<","<<*sp3<<endl; auto_ptr<int> ap2; ap2 = ap; //ap2从ap获得原始指针，发生所有权转移 if(ap.get()==0) cout<<"该指针为空"<<endl; //ap不再拥有指针 scoped_ptr<int> sp2; //sp2 = sp; //赋值操作，无法编译通过 /*scoped_array*/ /*构造函数接受的指针p必须是new[]的结果，而不是new表达式的结果；*/ /*没有*和->操作符重载，因为scoped_array持有的不是一个普通的指针*/ /*析构函数使用delete[]释放资源，而不是delete*/ /*提供operator[]操作符重载，可以向普通数组一样用下标访问元素*/ /*没用begin()和end()等类似容器的迭代器操作函数*/ /*不能拷贝不能赋值*/ scoped_array<int> sa(new int[100]); //包装动态数组 sa[0] = 10; /*调用[]重载函数 scoped_array 不提供数组索引的范围检查*/ //*(sa+1) = 20; 错误用法 int* arr = new int[100]; //一个整数的动态数组 scoped_array<int> sa1(arr); //scoped_array 对象代理原始动态数组 fill_n(&sa1[0],100,5); //可以使用标准库算法赋值数据 sa1[10] = sa1[20] + sa1[30]; //使用起来像普通数组 /*不建议使用scoped_array*/ /*shared_ptr*/ /*shared_ptr是一个最像指针的“智能指针”，是boost.smart_ptr库中最有价值，最重要的组成部分*/ /*shared_ptr与scoped_ptr一样包装了new操作符在堆上分配的动态对象，它实现的是引用计数型的智能指针，可以自由的拷贝和赋值，可以安全的放在标准容器中*/ shared_ptr<int> spi(new int); //一个int的shared_ptr if(!spi) cout<<"该指针为空"<<endl; //在bool语境中隐式转换为bool值 *spi=253; //使用解引用操作符* shared_ptr<string> sps(new string("smart")); cout<<"该字符串长度："<<sps->size()<<endl; //使用箭头操作符-> shared_ptr<int> spi1(new int(10)); if(spi1.unique()) cout<<"是该指针的唯一持有者"<<endl; shared_ptr<int> spi2 = spi1; //调用拷贝构造函数 //两个shared_ptr相等，指向同一个对象，引用计数为2 cout<<"spi1:"<<spi1.use_count()<<",spi2:"<<spi2.use_count()<<endl; shared_ptr<int> spi3 = spi2; cout<<"spi1:"<<spi1.use_count()<<",spi2:"<<spi2.use_count()<<",spi3:"<<spi3.use_count()<<endl; *spi3=100; cout<<"*spi1="<<*spi1<<",*spi2="<<*spi2<<"*spi3="<<*spi3<<endl; spi3.reset(); //停止shared_ptr的使用 cout<<"spi1:"<<spi1.use_count()<<",spi2:"<<spi2.use_count()<<",spi3:"<<spi3.use_count()<<endl; if(!spi3) cout<<"该指针为空"<<endl; /*shared_ptr工厂方法*/ shared_ptr<string> sps1 = make_shared<string>("make_shared"); shared_ptr<vector<int> > spv = make_shared<vector<int> >(10,2); cout<<"spv的大小："<<spv->size()<<endl; cout<<(*spv)[0]<<endl; /*shared_ptr应用与标准容器*/ typedef vector<shared_ptr<int> > vs; vs v(10); int i=0; for(vs::iterator pos = v.begin();pos!=v.end();++pos) { (*pos) = make_shared<int> (++i); cout<<**pos<<endl; //此处两次解引用，先获得shared_ptr，在获得其内的值 } shared_ptr<int> pp = v[9]; *pp = 100; cout<<*v[9]<<endl; shared_ptr<FILE> fp1(fopen("./1.txt","r"),fclose); //带有删除器的shared_ptr,析构的时候调用fclose关闭内部的指针 /*shared_ptr<void>*/ shared_ptr<void> vp((void*)0,any_func); //容纳空指针，定制删除器 /*shared_array*/ /*shared_array构造函数接受的指针p必须是new[]的结果，而不能是new表达式的结果*/ /*shared_array提供operator[]操作符重载，可以像普通数组一样访问元素*/ /*没有*和->操作符重载，因为shared_array持有的不是一个普通指针*/ /*析构函数使用delete[]释放资源，而不是delete*/ int* ip = new int[100]; shared_array<int> sar(ip); shared_array<int> sar1 = sar; sar[0]=10; //shared_array不提供数组索引的范围检查 cout<<"sa[0]="<<sar[0]<<",sar1[0]="<<sar1[0]<<endl; /*shared_array可以用shared_ptr<std::vector>或者std::vector<shared_ptr>来代替*/ /*week_ptr*/ /*weak_ptr是配合shared_ptr而引入的一种智能指针，没有重载operator*和->*/ /*weak_ptr充当一个观察者，观察指针的引用计数，在构造和析构的时不会引起引用计数的变化*/
shared_ptr<int> spp(new int(10)); cout<<"该指针的引用计数："<<spp.use_count()<<endl; weak_ptr<int> wp(spp); //从shared_ptr创建weak_ptr cout<<"该指针的引用计数："<<wp.use_count()<<endl; if(!wp.expired()) //判断week_ptr观察的对象是否失效 { shared_ptr<int> spp1 = wp.lock(); //获得一个shared_ptr *spp1 = 100; cout<<"该指针的引用计数："<<wp.use_count()<<endl; } cout<<"该指针的引用计数："<<wp.use_count()<<endl; wp.reset(); //if(!wp) cout<<"该指针无效"<<endl; 没有重载！操作符 if(wp.expired()) cout<<"该指针无效"<<endl; if(!wp.lock()) cout<<"获取指针失败"<<endl; /*week_ptr的的一个重要用途就是获得this指针的shared_ptr，使对象自己能够生产shared_ptr管理自己*/ shared_ptr<self_shared> ssp = make_shared<self_shared>(314); ssp->print(); shared_ptr<self_shared> ssp1 = ssp->shared_from_this(); ssp1->x=1000; ssp1->print(); //警告：不能从一个普通的对象（非shared_ptr）使用shared_from_this()获取shared_ptr,例如： //self_shared ss; //shared_ptr<self_shared> ssp3 = ss.shared_from_this(); /*以上语法上没问题，可以编译通过，但在运行时导致shared_ptr析构时企图删除一个栈上分配的对象，发生未定义行为*/ }
pool库是Boost程序库在内存管理方面提供的另一个有用的工具，它实现了高效的内存池，用于管理内存资源。pool提供了pool、object_pool、singleton_pool、pool_alloc四种形式的内存池。
struct demo_class { public: int a,b,c; demo_class(int x=1,int y=2,int z=3) : a(x),b(y),c(z){} }; typedef singleton_pool<demo_class,sizeof(int)> sp1; //第一个参数仅仅作为标记，第二个参数每次分配的内存块大小 void pool_test() { /*boost.pool库基于简单分隔存储思想实现了一个快速紧凑的内存池库， * 不仅能够管理大量的对象的分配/释放小对象很有效，而且不需要delete * pool库包括四个组成部分：最简单的pool，分配类实例的 object_pool， * 单件内存池singleton_pool和可用标准库pool_alloc*/ pool<> p1(sizeof(int)); //使用默认分配器分配一个可分配的int的内存池 sizeof(int)为一次欲分配的内存块大小 int * p = (int*)p1.malloc(); //需要把void*转换为需要的类型 if(p1.is_from(p)) cout<<"是从该pool分配的内存"<<endl; p1.free(p); //释放内存池分配的内存快 for(int i=0;i<100;i++) //连续分配大量的内存 { p1.ordered_malloc(10); //该函数分配的同时合并空闲快链表 } /*object_pool使用于类实例的内存池，它的功能与pool类似，但在析构时对所有已经分配的内存快调用析构函数*/ object_pool<demo_class> p2; //对象对象内存池 demo_class* dp = (demo_class*)p1.malloc(); if(p2.is_from(dp)) cout<<"从该内存池分配的内存"<<endl; //p指向的内存未经过初始化 cout<<dp->a<<","<<dp->b<<","<<dp->c<<endl; dp = p2.construct(7,8,9); //构造一个对象，可以传递参数 cout<<dp->a<<","<<dp->b<<","<<dp->c<<endl; object_pool<string> pls; //定义一个分配string对象的内存池 for(int i=0;i<10;i++) //连续分配大量的string对象 { string * ps = pls.construct("hello object_pool"); cout<<*ps<<endl; } /*singleton_pool是一个单件内存池，不需要声明singleton_pool实例，直接用::来调用静态成员函数*/ int * pi1 = (int*) sp1::malloc(); if(sp1::is_from(pi1)) cout<<"是该内存池分配的内存"<<endl; sp1::release_memory(); /*pool_alloc提供了两个可以用于标准容器模板参数的内存分配器， * 分别是pool_alloc和fast_pool_allocator，除了有特别的需求， * 我们应该总是使用STL实现自带的内存分配器，使用pool_alloc需要经过仔细的测试，以保证它与容器共同工作 * */ vector<int,pool_allocator<int> > v; v.push_back(10); cout<<v.size()<<v[0]<<endl; }
