C++智能指针 shared_ptr + weak_ptr

前面所讲解的scoped_ptr(unique_ptr)对于拷贝构造函数和赋值运算符的重载解决方法是直接防拷贝,禁止使用这两个函数,但是不能避免的在有些场景中,我们不仅需要资源管理即初始化,资源退出即释放,我们还需要对这个对象进行拷贝或者赋值,在这种车场景下,就诞生了shared_ptr

shared_ptr

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原理: 引用计数

当p1起始被创建出来以后,引用计数的值为1,当进行了赋值或者拷贝以后,p1和p2的引用计数都称为2,并且指向同意块空间

在析构的时候,首先检查 --count 是不是为0,如果是0,就释放掉对应的空间,如果非0,就只进行引用计数的减减操作

• 拷贝构造

 sharedPtr(const sharedPtr& p)
        :_ptr(p._ptr)
         ,_pCount(p._pCount)
    {
        ++*_pCount;
    }

拷贝构造很简单,就是使被拷贝的对象的引用计数+1,使拷贝的对象的成员指向被拷贝对象的成员

• 赋值运算符的重载

赋值运算符所涉及到的情况比较多,我们需要分析一下以下的四个情况:

p1 = p2

• 当前对象(p1)独享空间

这种情况下,p1独占资源,当进行了赋值运算的时候,p1指向的资源引用计数就会进行减减操作,减减过后,p1的引用计数为0,所以自己的空间随机被释放掉,p1指向p2的资源,同时p2指向资源的引用计数进行加加

• 当前对象(p1)和别人共享空间

当p1的引用计数大于1的时候,证明p1所指向的资源不是独享的,还有其他的对象管理着这块资源,当进行赋值以后,p1原本指向的资源引用计数进行减减(称为1),p1再指向p2所管理的资源,再讲引用计数进行加加

• p2._ptr == nullptr

当p2位nullptr的时候,进行赋值运算以后,p1也会指向nullptr,并且原有的资源数进行减减,如果为0,就释放

• p1._ptr == nullptr

当p1位nullptr时,p2指向了一块资源,在赋值运算以后,p1和p2都只想p2原有资源,并且引用计数加加

赋值运算符的重载:

   sharedPtr& operator=(const sharedPtr& p)
    {
        if(_ptr != p._ptr)
        {
            Release();
            _ptr = p._ptr;
            _pCount = p._pCount;
            if(_pCount != nullptr)
            {
                ++*_pCount;
            }
        }
        return *this;
    }

完整代码:

template
class sharedPtr
{
public:
    sharedPtr(T* ptr = nullptr)
        :_ptr(ptr)
         ,_pCount(nullptr)
    {
        if(_ptr)
        {
            _pCount = new int(1);
        }
    }
    ~sharedPtr()
    {
        Release();
    }

    sharedPtr(const sharedPtr& p)
        :_ptr(p._ptr)
         ,_pCount(p._pCount)
    {
        ++*_pCount;
    }

    // 4种情况: p1 = p2
    //  1) 当前对象(p1)独享空间
    //  2) 当前对象(p1)和别人共享空间
    //  3) p2._ptr == nullptr
    //  4) p1._ptr == nullptr
    sharedPtr& operator=(const sharedPtr& p)
    {
        if(_ptr != p._ptr)
        {
            Release();
            _ptr = p._ptr;
            _pCount = p._pCount;
            if(_pCount != nullptr)
            {
                ++*_pCount;
            }
        }
        return *this;
    }

    T& operator*()
    {
        return *_ptr;
    }
    T* operator->()
    {
        return _ptr;
    }

    void Show_pCount()
    {
        if(_pCount)
        {
            cout<<"_pCount = "<<*_pCount<

定制删除器

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上面的代码中,析构函数是用delete来释放资源的,但是我们很可能有以下几种方式申请的资源需要释放

    sharedPtr> np(new int);

    sharedPtr fp(fopen("./test","r"));

    sharedPtr> mp = ((int*)malloc(sizeof(int)));

如果我们malloc申请的空间却使用delete来释放,很可能会出错

所以就引出了下面的内容,我们可以为对象定制删除器,实现 new的对象使用delete来释放, malloc的对象使用free来释放, fopen的文件使用fclose来关闭

代码如下:

template
class Delete
{
public:
    void operator()(T*& p)
    {
        if(p != nullptr)
        {
            cout<<"Delete"<
class Free
{
public:
    void operator()(T*& p)
    {
        if(p != nullptr)
        {
            cout<<"Free"<>
class sharedPtr
{
public:
    sharedPtr(T* ptr = nullptr)
        :_ptr(ptr)
         ,_pCount(nullptr)
    {
        if(_ptr)
        {
            _pCount = new int(1);
        }
    }
    ~sharedPtr()
    {
        Release();
    }

    sharedPtr(const sharedPtr& p)
        :_ptr(p._ptr)
         ,_pCount(p._pCount)
    {
        ++*_pCount;
    }
    sharedPtr& operator=(const sharedPtr& p)
    {
        if(_ptr != p._ptr)
        {
            Release();
            _ptr = p._ptr;
            _pCount = p._pCount;
            if(_pCount != nullptr)
            {
                ++*_pCount;
            }
        }
        return *this;
    }

    T& operator*()
    {
        return *_ptr;
    }
    T* operator->()
    {
        return _ptr;
    }

    void Show_pCount()
    {
        if(_pCount)
        {
            cout<<"_pCount = "<<*_pCount<

我们使用的是函数对象,也就是仿函数的方法来实现定制删除器的,使用方法如下

    sharedPtr> np(new int);

    sharedPtr fp(fopen("./test","r"));

    sharedPtr> mp = ((int*)malloc(sizeof(int)));

shared_ptr的循环引用问题

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使用双向链表来举例说明

链表节点的类定义如下:

template
class Node
{
public:
    shared_ptr> _next;
    shared_ptr> _prev;
    T _data;
    Node(const T& a)
        :_data(a)
    {
        cout<<"Node() "<

为了保证节点内部的指针可以正确的初始化和释放,我们使用了shared_ptr来定义

但是当我们执行了这两句代码以后,就会发生错误的现象

node1->_prev = node2;

node2->_next = node1;

如图:

当我们执行node1->_prev=node2时,编译器会根绝赋值符两边的类型确定调用shared_ptr的赋值运算,于是顺理成章的node2的引用计数进行了++; node2->_next = node1也同理;

这时我们发现,命名每个资源都只有一个对象来管理,却又两个引用计数,这也表示这,在析构的时候会因为引用计数没有减到0而不释放其资源,造成内存泄漏!!!

当然,C++11库中也给出了响应的解决方法,就是weak_ptr

weak_ptr

weak_ptr是一个"弱"指针,是和shared_ptr搭配使用,在进行如上的赋值时,并不进行引用计数的加加操作,这也保证了在释放的时候不会因为引用计数不为0而没有正确释放,造成内存泄漏。

具体使用,只要将_next和_prev定义为weak_ptr即可:

template
class Node
{
public:
    // shared_ptr> _next;
    // shared_ptr> _prev;
    weak_ptr> _next;
    weak_ptr> _prev;
    T _data;
    Node(const T& a)
        :_data(a)
    {
        cout<<"Node() "<

这里我们使用如下代码进行验证,在这里我们不做实际的操作,观察引用计数的变化即可

void Test()
{
    shared_ptr> p1(new Node(10));
    shared_ptr> p2(new Node(20));
    cout<_next = p2;
    p2->_prev = p1;
    cout<

• 使用shared_ptr产生循环引用

• 使用weak_ptr避免循环引用

 

总结一下

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• shared_ptr可以通过有效的方法保证智能指针的安全性,但是有时会存在循环引用的问题,建议配合weak_ptr一同使用(注意: weak_ptr是弱指针,他不可以单独使用,必须和shared_ptr一同使用

• 我们可以为智能指针定制删除器,使对象可以按照搭配的方式进行内存的释放或者是文件的关闭