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C++智能指针简单剖析

来源：程序员人生发布时间：2014-12-13 08:50:28 阅读次数：2554次

导读

最近在补看《C++ Primer Plus》第6版，这的确是本好书，其中关于智能指针的章节解析的非常清晰，1解我之前的多处困惑。C++面试进程中，很多面试官都喜欢问智能指针相干的问题，比如你知道哪些智能指针？shared_ptr的设计原理是甚么？如果让你自己设计1个智能指针，你如何完成？等等……。而且在看开源的C++项目时，也能随处看到智能指针的影子。这说明智能指针不但是面试官爱问的题材，更是非常有实用价值。

下面是我在看智能指针时所做的笔记，希望能够解决你对智能指针的1些困扰。

正文

1. 智能指针背后的设计思想

我们先来看1个简单的例子：

void remodel(std::string & str)
{
    std::string * ps = new std::string(str);
    ...
    if (weird_thing())
        throw exception();
    str = *ps; 
    delete ps;
    return;
}

当出现异常时（weird_thing()返回true），delete将不被履行，因此将致使内存泄漏。
如何避免这类问题？有人会说，这还不简单，直接在throw exception();之前加上delete ps;不就好了。是的，你本应如此，问题是很多人都会忘记在适当的地方加上delete语句（连上述代码中最后的那句delete语句也会有很多人忘记吧），如果你要对1个庞大的工程进行review，看是不是有这类潜伏的内存泄漏问题，那就是1场灾害！
这时候我们会想：当remodel这样的函数终止（不论是正常终止，还是由于出现了异常而终止），本地变量都将自动从栈内存中删除―因此指针ps占据的内存将被释放，如果ps指向的内存也被自动释放，那该有多好啊。
我们知道析构函数有这个功能。如果ps有1个析构函数，该析构函数将在ps过期时自动释放它指向的内存。但ps的问题在于，它只是1个常规指针，不是有析构凼数的类对象指针。如果它指向的是对象，则可以在对象过期时，让它的析构函数删除指向的内存。

这正是 auto_ptr、unique_ptr和shared_ptr这几个智能指针背后的设计思想。我简单的总结下就是：将基本类型指针封装为类对象指针（这个类肯定是个模板，以适应不同基本类型的需求），并在析构函数里编写delete语句删除指针指向的内存空间。

因此，要转换remodel()函数，应按下面3个步骤进行：

包括头义件memory（智能指针所在的头文件）；
将指向string的指针替换为指向string的智能指针对象；
删除delete语句。

下面是使用auto_ptr修改该函数的结果：

# include <memory>
void remodel (std::string & str)
{
    std::auto_ptr<std::string> ps (new std::string(str))；
    ...
    if (weird_thing ())
        throw exception()； 
    str = *ps； 
    // delete ps； NO LONGER NEEDED
    return;
}

2. C++智能指针简单介绍

STL1共给我们提供了4种智能指针：auto_ptr、unique_ptr、shared_ptr和weak_ptr（本文章暂不讨论）。
模板auto_ptr是C++98提供的解决方案，C+11已将将其摒弃，并提供了另外两种解决方案。但是，虽然auto_ptr被摒弃，但它已使用了好多年：同时，如果您的编译器不支持其他两种解决力案，auto_ptr将是唯1的选择。

使用注意点

所有的智能指针类都有1个explicit构造函数，以指针作为参数。比如auto_ptr的类模板原型为：
templet<class T> class auto_ptr { explicit auto_ptr(X* p = 0) ; ... };
因此不能自动将指针转换为智能指针对象，必须显式调用：
shared_ptr<double> pd; double *p_reg = new double; pd = p_reg; // not allowed (implicit conversion) pd = shared_ptr<double>(p_reg); // allowed (explicit conversion) shared_ptr<double> pshared = p_reg; // not allowed (implicit conversion) shared_ptr<double> pshared(p_reg); // allowed (explicit conversion)
对全部3种智能指针都应避免的1点：
string vacation("I wandered lonely as a cloud."); shared_ptr<string> pvac(&vacation); // No
pvac过期时，程序将把delete运算符用于非堆内存，这是毛病的。

使用举例

#include <iostream>
#include <string>
#include <memory>

class report
{
private:
    std::string str;
public:
 report(const std::string s) : str(s) {
  std::cout << "Object created.
";
 }
 ~report() {
  std::cout << "Object deleted.
";
 }
 void comment() const {
  std::cout << str << "
";
 }
};

int main() {
 {
  std::auto_ptr<report> ps(new report("using auto ptr"));
  ps->comment();
 }

 {
  std::shared_ptr<report> ps(new report("using shared ptr"));
  ps->comment();
 }

 {
  std::unique_ptr<report> ps(new report("using unique ptr"));
  ps->comment();
 }
 return 0;
}

3. 为何摒弃auto_ptr？

先来看下面的赋值语句:

auto_ptr< string> ps (new string ("I reigned lonely as a cloud.”）;
auto_ptr<string> vocation; 
vocaticn = ps;

上述赋值语句将完成甚么工作呢？如果ps和vocation是常规指针，则两个指针将指向同1个string对象。这是不能接受的，由于程序将试图删除同1个对象两次――1次是ps过期时，另外一次是vocation过期时。要避免这类问题，方法有多种：

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1. 智能指针背后的设计思想

2. C++智能指针简单介绍

3. 为何摒弃auto_ptr？