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;

}