C++智能指针——unique_ptr

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C++11新特性大全+实例

前言

C++ 这门编程语言的历史可以追溯至 1979 年，当时的 Bjarne Stroustrup（C++ 之父，后续简称 Stroustrup）还在使用 Simula 语言进行开发工作。

1998 年，C++ 标准委员会发布了第一版 C++ 标准，并将其命名为 C++ 98 标准。据不知名人士透露，《带注释的C++参考手册》这本书对 C++ 98 标准的制定产生了很大的影响。

经过作者的不断迭代，一本书往往会先后发布很多个版本，其中每个新版本都是对前一个版本的修正和更新。C++ 编程语言的发展也是如此。截止到目前（2020 年），C++ 的发展历经了以下 3 个个标准：

2011 年，新的 C++ 11 标准诞生，用于取代 C++ 98 标准。

2014 年，C++ 14 标准发布，该标准库对 C++ 11 标准库做了更优的修改和更新；

2017 年底，C++ 17 标准正式颁布;

虽然学习 C++11 需要花些时间，但这是非常值得的；C++11 非常实用，它不但提高了开发效率，还让程序更加健壮和优雅。程序员应该乐于升级换代已有的知识，而学习和使用 C++11 早就是大势所趋。

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一、智能指针是什么？

1.什么是智能指针

百度词条：智能指针(smart pointer)的一种通用实现技术是使用引用计数(reference count)。智能指针类将一个计数器与类指向的对象相关联，引用计数跟踪该类有多少个对象的指针指向同一对象。

从使用上简单来说：智能指针就是包含重载运算符的类，它能够将将普通的指针封装为一个栈对象并进行追踪。

2.为什么要使用智能指针

程序猿在申请内存时基本都是 new/delete，进行一一对应，手动申请后要进行手动释放。如果忘记释放就会造成内存泄漏。

使用智能指针就是为了避免此类问题的发生，因为智能指针是一个类，在使用时就可以不用关心有没有释放智能指针所指向的内存，因为类对象超出作用域的时候，会自动调用析构函数释放资源。

3.智能指针有哪几种

4种智能指针：auto_ptr, unique_ptr,shared_ptr, weak_ptr 。其中auto_ptr因为在使用场合中会出现一些我们不希望的场景，它存在潜在的内存崩溃问题！目前已弃用，被unique_ptr所替代。

这篇记录是专门讲解unique_ptr智能指针，并会简单和auto_ptr进行对比。

4.智能指针的使用特点

智能指针类重载了解除引用运算符（*）和成员选择运算符（->）。

几乎所有的智能指针都是模板类，包含其功能的泛型实现。

二、unique_ptr

1.构造及简单使用

#include 

using namespace std;

class Test {

public:
	Test()
	{
		strTest = "hello world";
		cout << "this is init" << endl;
	}

	~Test()
	{
		cout << "this is release" << endl;
	}

	void print()
	{
		cout << strTest << endl;
	}

private:
	string strTest;
};

int main()
{
	Test* test1 = new Test();
	unique_ptr<Test> p(test1);
	(*p).print();
}

输出：

这里可以看到，虽然我们没有手动释放类对象，但是依旧调用了类对象的析构函数。

2.赋值

unique_ptr持有对象独有权，即保证保证同一时间内只有一个智能指针可以指向该对象。这一点与auto_ptr一样。

（1）例一
首先看一下auto_ptr

#include 

using namespace std;

int main()
{
	auto_ptr<string> q1(new string("123"));
	auto_ptr<string> q2;
	q2 = q1;
	cout << *q2 << endl;
	cout << *q1 << endl;
}

结果：

直接出现段错误，这是因为同一时间内只有一个智能指针可以指向该对象。但是auto_ptr可以进行重载“=”进行赋值，这样使用就会导致内存崩溃，也是弃用auto_ptr的原因。

使用unique_ptr则不能进行“=”赋值

（2）例二
如果想要进行赋值那应该怎么写呢？

unique_ptr<string> q1(new string("123"));
unique_ptr<string> q2;
q2 = move(q1);

（3）例三
还是Test那个例子

int main()
{
	Test* test1 = new Test;
	unique_ptr<Test> p1(test1);
	unique_ptr<Test> p2(test1);
	(*p1).print();
	(*p2).print();
}

结果：可以进行同时访问，但是同一块内存释放了两次，所以尽量不要让unique_ptr指针去维护已经使用new返回值初始化的指针，尽量写成这样unique_ptr q1(new string("123"));

3.传参

（1）例一
这种传参不成功跟上文一样，所以如果使用智能指针进行传参，需要使用引用方式，或是使用std::move的方式。

（2）例二
返回值为智能指针是可以的

unique_ptr<Test> fun2()
{
	Test* test1 = new Test;
	unique_ptr<Test> p1(test1);
	return p1;
}

int main()
{
	unique_ptr<Test> p2 = fun2();
	(*p2).print();
}

结果：为什么这里可以p2 = p1，这里实际上优先move constructor；可以理解为自动调用了move方法。

4.基本方法

（1）release
释放其关联的原始指针的所有权，并返回原始指针。
这里的释放并不会摧毁其指向的对象，而是将其指向的对象释放出去。

int main()
{
	Test* test1 = new Test;
	unique_ptr<Test> p1(test1);
	unique_ptr<Test> p2(test1);
	p1.release();
	(*p2).print();
}

结果：此时并没有造成同一块内存释放两次，且没有在release时进行析构

（2）reset
释放指向的内存，并且释放了对这块内存的所有权

int main()
{
	string* str1 = new string("123");
	string* str2 = new string("456");
	unique_ptr<string> p1(str1);
	p1.reset(str2);
	cout << *p1 << endl;
}

结果：

（3）swap
交换两个unique_ptr指针指向区域(交换地址)

int main()
{
	string* str1 = new string("123");
	string* str2 = new string("456");
	unique_ptr<string> p1(str1);
	unique_ptr<string> p2(str2);
	cout << *p1 << endl;
	cout << *p2 << endl;
	p1.swap(p2);
	cout << *p1 << endl;
	cout << *p2 << endl;
}

结果：

（4）get
返回unique_ptr维护的指针地址

int main()
{
	unique_ptr<int> ptr(nullptr);
	ptr = make_unique<int>(10);

	cout << *ptr.get() << endl; // 返回10 
}

5.自定义删除器详解

1.为什么要使用自定义的删除器

当对象中又包含到多层申请的内容，不能完全依靠智能指针删除时，例如对象中还包含指针指向一块内存的时候。就需要自定义删除方法了。

2.写法

主要就是自己编写一个删除器，指定输入的参数，然后实现相应的释放操作，并将这个删除器传入 unique_ptr 中。

3.实例分析

（1）步骤1
假设有这么一个的结构体定义如下

// 图像格式定义
typedef struct cv_image_t {
    unsigned char *data;            ///< 指向申请内存
    int width;                      ///< 宽度(以像素为单位)
    int height;                     ///< 高度(以像素为单位)
} cv_image_t;

（2）步骤2
再写一个释放方法

void cv_image_release(cv_image_t* image) {
    if(!image) {
        return;
    }
    delete[] image->data;
    delete image;
    return;
}

（3）步骤3
使用智能指针进行释放

cv_image_t image_input = { 
    (unsigned char*) image,
    image_width,
    image_height,
};

//传入对象，和释放方法
std::unique_ptr<cv_image_t, decltype(cv_image_release)*> image_guard (image_input , cv_image_release);

总结

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