unique_ptr提高代码安全性的3种方式

        在c++中,内存管理是一件让人头疼的事情。当我们写一个new语句时,需要为其匹配一条delete语句。但是我们不能避免程序还未执行到delete时就跳转了或者在函数中没有执行到最后的delete语句就返回了。如果不在每一个可能跳转或者返回的语句前释放资源,就会造成内存泄漏。智能指针在可以在很大程度上避免这个问题,因为智能指针是一个类,当超出了类的作用域时,类会自动调用析构函数,析构函数会自动释放资源。

1.unique_ptr代替auto_ptr

        c++ 11提出了shared_ptr, unique_ptr和weak_ptr三种新的智能指针。而其中unique_ptr可以说是auto_ptr完美的替代品。c++ 11已经弃用了auto_ptr,甚至在c++ 17中,auto_ptr已经从标准库中移除,如果在c++ 17中(或者更高)使用auto_ptr,你将会得到以下错误:

        可见在最新的c++中已经抛弃了auto_ptr,使用unique_ptr最主要的好处就是能够正确的表达控制权的转移。考虑如下的代码:

unique_ptr提高代码安全性的3种方式_第1张图片

        当完成拷贝赋值之后,执行pb1->Show()时,发生如下错误:

unique_ptr提高代码安全性的3种方式_第2张图片

        这是因为auto_ptr在拷贝赋值时,发生控制权转移,而此时原先的auto_ptr已经失效了。当函数结束时并没有一个控制权移交的过程,所以调用了一个失效的指针发生错误。auto_ptr这一赋值方式似乎十分诡异,这是因为auto_ptr对象被删除时,一定会释放掉它所管理的资源,所以让多个 auto_ptr 指向同时同一个对象是一件十分可怕的事,因为有可能被多次删除。为了预防这个问题,通过拷贝构造及拷贝赋值复制它们后,原 auto_ptr 管理的指针将会置为 NULL,而通过复制得到 新智能指针将获取资源的唯一所有权。这一诡异的复制行为以及"受auto_ptr管理的资源不能有多于一个的auto_ptr指向它"。

        unique_ptr是用于取代c++98的 auto_ptr 的产物。在c++98的时候还没有移动语义(move semantics)的支持,因此对于auto_ptr的控制权转移的实现没有核心元素的支持,但是还是实现了auto_ptr 的移动语义,这样带来的问题是拷贝构造函数和拷贝赋值函数语义让人迷惑。在c++11当中有了移动语义,使用move()把unique_ptr传入函数,你就知道原先的unique_ptr已经失效了。

unique_ptr 是一个独享所有权的智能指针,它提供了严格意义上的所有权,包括:

1、拥有它指向的对象

2、无法进行复制构造,无法进行复制赋值操作。即无法使两个unique_ptr指向同一个对象。但是可以进行移动构造和移动赋值操作

3、保存指向某个对象的指针,当它本身被删除释放的时候,会使用给定的删除器释放它指向的对象

2. unique_ptr隐藏了原始的new和delete

        在c++中new返回的指针应该属于资源句柄(可以调用delete),但是如果new返回的指针被分配给一个普通指针,有可能会发生泄露。所以换句话说,在c++中应当尽量避免显式的调用new。对于unique_ptr,并不能完全的避免内存泄漏的问题,尽管unique_ptr在某种程度上说是为了解决避免内存泄漏的问题而生的,考虑如下的一种情况:

                                F(unique_ptr(new Test()),  func_throw_exception()));

         因为C++ 标准并没有规定编译器对函数参数的求值次序,所以有可能出现这样的次序:

        1.调用new Test()分配内存

        2.func_throw_exception()抛出异常程序结束

        3.调用unique_ptr构造函数

       调用func_throw_exception()函数会抛出异常,所以无法构造unique_ptr,导致new T所分配的内存不能回收,造成了内存泄露。解决这个问题,需要使用make_unique函数:

                                           F(make_unique(), func_throw_exception());

        当make_unique()被调用时, 指向Test对象的原始指针被保存在unique_ptr对象中,当抛出异常程序结束时,unique_ptr会调用析构函数释放内存。

3. 控制指针的所有权

        对比如下两句代码:

        MyType* pObject1;

        std :: unique_ptr pObject2;

        从第一句代码中,我们只能知道pObject1指向了一个MyType类型;而第二句中我们可以得出pObject2指向了一个MyType类型,并且是该变量的拥有者。在现代c++中,我们用原始的指针作为观察事物的方式,但拥有者以智能指针(或者其他RAII类型)的方式出现。

        在以往的c++代码中,我们无法判断一个传统指针是作为观察者还是拥有者出现的,所以这在释放内存时谁扮演着释放内存的核心角色总是让人困惑。使用new常常习惯写出如下代码:

MyType* BuildObject()  { 

         MyType* pObj = new MyType();

         complexBuild(pObj); 

          return pObj;

}

// ...

auto pObj = BuildObject();

        而使用unique_ptr后,或者这样的代码会更加合理:

unique_ptr  BuildObject()  { 

        auto pObj = make_unique();

         complexBuild(pObj.get()); 

          return pObj;

}

// ...

auto pObj = BuildObject();

        这样做最大的好处是明确了 所有权,返回 unique_ptr 明确的说明,所有权转移给了调用者。之后的资源管理与释放应当由调用者负责。

        当作为参数传递给函数时,控制指针所有权也很方便。当我们将参数作为一个观察对象时,可以用一个引用或者用get()得到一个原始指针作为参数传递;而需要完全拥有指针时,可以用std::move来转让指针的所有权。

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