智能指针之 auto_ptr
智能指针实际上是一个类(class),里面封装了一个指针
指针与内存
说到指针自然涉及到内存.我们如果是在堆栈(stack)中分配了内存,用完后由系统去负责释放.如果是自定义类型,就会自动的去调用你的析构函数.
但如果是在堆(heap)中分配了内存,也就是用malloc或者new.那只能自动手动的使用free或delete去释放.所以使用heap时处理的不好很容易出现啥内存泄露(内存没有释放掉).或者如果你delete一次了,但没让它赋值为0,然后再delete一次就导致未定义行为了.
于是你想如果系统能也像管理stack一样来管理你的heap区域.不用再担心内存的分配与释放该多好啊.事实上Java,C#都这样去做了.也给你去管理heap区域了(所有的自定义类型实例化时都去heap区域获取内存了.也没于提供指针的功能.你想自己去释放内存都不给你这机会了.JVM或者CLR会在后台自动的去给你释放掉那些不用的内存.当然这样一来效率自然没有你手动释放来的高了.)
假如有一个指针指向一块分配的内存,智能指针就是把该指针封装起来,然后用完了会自动去释放内存(通过智能指针类的析构函数).这样你就不用担心没有去释放内存了.当然并不是说你使用了智能指针就能像使用Java,C#一样不用再担心内存问题了.智能指针在使用的时候还会存在很多的问题.
据说JVM,CRL也是用(c与c++)实现的.不知道那里面也有用到智能指针不.
智能指针的实现
1.最精简版本
template< class T>
class my_auto_ptr
{
public:
T* m_ptr; //被封装的指针
public:
my_auto_ptr( T* p) :m_ptr( p ) //构造函数
{
}
~my_auto_ptr() //析构函数
{
delete m_ptr;
}
}上面的自然是最精简版的,只一个成员变量,构造函数和析造函数.不过虽然简单其实也能拿来用了啊.比如:
my_auto_ptr<int> myPtr( new int(88) ); //等价int* ip = new int(88);
cout<< *myPtr.m_ptr; //相当于cout<<*ip;
2.改进版本(重载运算符使类用起来像指针)
上面的的精简版本用起来还挺麻烦.我们是希望封装了指针类用起来跟指针本身一样才好.所以需要重载-> , * 等运算符
template< class T>
class my_auto_ptr
{
private:
T* m_ptr; //被封装的指针
public:
my_auto_ptr( T* p) :m_ptr( p )
{
}
~my_auto_ptr()
{
delete m_ptr;
}
T& operator*()
{
return *m_ptr;
}
T* operator->()
{
return m_ptr;
}
}
现在my_auto_ptr可以变得很像指针了
my_auto_ptr<int> mp(new int(88) ); //等价int* ip = new int(88);
int num = *mp; //等价int num = *ip;
假如有这样的类struct Arwen { void Test() { cout<"i am arwen"<<; }
则my_auto_ptr<Arwen> mp( new Arwen); //等价Arwen* ip = new Arwen;
mp->Test(); //等价ip-Test();
3.完善版本(复制构造)
一个完善点的类往往还涉及到复制构造的一些操作.也可以做把另外一个智能指针类做为构造函数的参数,或者通过=给一个类赋值
template< class T>
class my_auto_ptr
{
private:
T* m_ptr;
T* GetPtr() //供构造赋值时使用
{
T* tmp = m_ptr;
m_ptr = 0;
return tmp;
}
public:
explicit my_auto_ptr( T* p = 0) :m_ptr( p )
{
}
~my_auto_ptr()
{
delete m_ptr;
}
T& operator*()
{
return *m_ptr;
}
T* operator->()
{
return m_ptr;
}
my_auto_ptr(my_auto_ptr& mp) //复制构造函数
{
m_ptr = mp.GetPtr(); //mp复制过来后它自己原来的指针相当于失效了.
}
my_auto_ptr& operator=(my_auto_ptr& ap) //赋值操作符
{
if(ap != *this)
{
delete m_ptr;
m_ptr = ap.GetPtr();
}
return *this;
}
void reset(T* p) //指针重置,相当于把指针指向另外一个地方去
{
if(p != m_ptr)
{
delete m_ptr;
}
m_ptr = p;
}
};
测试demo：
class Base
{
public:
int a;
public:
Base(int param) :a(param)
{
cout<<"Base()"<<endl;
};
~Base()
{
cout<<"~Base()"<<endl;
}
};
int main()
{
my_auto_ptr<Base> myPtr( new Base(24) );
int num =myPtr->a; //正确
my_auto_ptr<Arwen> ptrOne( myPtr); //复制构造
//num =myPtr->age; 该处会出错.因为把myPtr复制给ptrOne后,它自己本身相当于失效了
num = ptrOne->age; //正确
my_auto_ptr<Base> ptrTwo = ptrOne;
//num = ptrOne->age;该处也会出错,此时ptrOne也失效了
num = ptrTwo->age; //正确
Base* pArwen = new Base( 88 );
ptrTwo.reset( pArwen);
num = pArwen->age; //此处的值是88了,而不是以前的24
return 0;
}
auto_ptr的缺陷
上面我实现的my_auto_ptr基本上是实现了auto_ptr的所有核心功能.从里面我们可以明显的看到一个很大缺陷.我们看到当通过复构造函数,通过操作符=赋值后,原来的那个智能指针对象就失效了.只有新的智能指针对象可以有效使用了.用个专业点的说法叫所有权的转移.被包装的指针指向的内存块就像是一份独享占用的财产,当通过复制构造,通过=赋值传给别的智能指针对象时,原有的对象就失去了对那块内存区域的拥有权.也就是说任何时候只能有一个智能指针对象指向那块内存区域,不能有两个对象同时指向那块内存区域.
这样一来auto_ptr不能做为STL中容器的元素,为啥呢? 因为容器中经常存在值拷贝的情况嘛,把一个容器对象直接赋值给另一对象.完了之后两个容器对象可得都能用啊.而如果是auto_ptr的话显然赋值后只能一个有用,另一个完全报废了.另外比如你有个变量auto_ptr<int> ap( new int(44) ); 然后ap被放进一个容器后,ap就报废不能用了.
不过没办法啊,在c++ 11标准之前,现在我们大部分用的是98标准吧,STL里面只有auto_ptr这一种智能指针.而在11标准中除了auto_ptr还有如下三种:
unique_ptr
smart pointer with unique object ownership semantics
只能有一个主人的指针，可以用于STL容器
shared_ptr
smart pointer with shared object ownership semantics
可共享的指针
weak_ptr
weak reference to an object managed by std::shared_ptr
弱引用指针