【C++11】 使用C++11解决内存泄露--智能指针
众所周知,C#和java中不需要开发人员自己释放内存,对象引用计数为零后.Net和Java虚拟机会对对象进行自动回收,从而防止内存泄露;但是C++语言中,在堆上分配的内存必须自己去管理,不用的时候要自己释放,如果管理不当就可能会出现内存泄露。
C++11提供了智能指针,使用智能指针后不需要用户自己释放内存空间,一旦使用时对象超出了自己的生命周期,就会进行自动释放,从而有效解决了内存泄露的问题。
在实际编程时,有三种智能指针可供使用,分别是:std::shared_ptr、std::unique_ptr和std::weak_ptr。
1 共享智能指针:std::shared_ptr
std::share_ptr指针的每一个拷贝都指向同一个对象,只有在引用计数为零时内存才会被释放。
指针声明原型为:
template <class T> class shared_ptr;
1.1 std::shared_ptr的用法
std::shared_ptr指针可以有三种方法进行初始化,分别是构造函数、辅助函数以及reset方法进行初始化化,代码如下所示:
int main () {
std::shared_ptr<int> sp;
sp.reset (new int); //reset函数初始化
*sp=10;
std::cout << *sp << '
';
std::shared_ptr<int> p(new int(1));//构造函数初始化
std::cout<< *p << std::endl;
std::shared_ptr<int> foo = std::make_shared<int> (20);
std::cout<< *foo << std::endl;
return 0;
}
代码运行结果为:10 1 20
从上面代码可以看出,智能指针使用方法和普通指针使用方法类似,但是智能指针不需要自己管理内存。
1.2 获取原始指针
代码中可以使用get方法获取原始指针,如代码所示:
int main () {
int* p = new int (10);
std::shared_ptr<int> a (p);
if (a.get()==p)
std::cout << "a and p point to the same location
";
std::cout << *a.get() << "
";
std::cout << *a << "
";
std::cout << *p << "
";
return 0;
}
上面的代码试下了将一个普通指针赋值给智能指针,然后判断两个指针是否指向同一个内存地址。运行结果如下:
a and p point to the same location
10
10
10
1.3 指定指针删除器
智能指针在初始化时可以指定删除器,在指针计数为零时,自动调用指定的删除器从而释放指针指向的内存存,删除器可以是一个函数,也可以是一个lambda表达式,如代码所示:
void DeletePoint(int *p){
delete p;
}
int main(){
std::shared_ptr<int> p(new int,DeletePoint);//函数方法删除器
std::shsred_pte<int> p1(new int,[](int *p){delete p;});//表达式
return 0;
}
上面是一个普通的指针,如果想用智能指针管理动态数组该怎么处理呢?请看下面的代码:
std::shared_ptr<int> p(new int[100],std::default_delete<int []>);
上面的代码使用了std::default_delete,实际上default_delete的底层依然是调用delete来实现的。
1.4 使用std::shared_ptr 的注意事项
std::shared_ptr注意事项如下:
- 不能使用同一个原始指针初始化多个std::shared_ptr
- 不要在函数实参中创建智能对象指针,主要是因为不同的编译器可能存在不同的约定,因为调用顺序的不同可能引起内存泄露,因此在使用时应当先创建对象,在传入函数使用。
- 如果函数要返回this指针时,不要将this当做智能共享指针进行返回。因为如果使用同一个指针(this)构造了两个对象,析构时可能导致重复析构。正常的使用方法应该是继承std::enable_shared_from_this<T>类,然后在返回基类的指针对象。
- 避免循环引用,循环引用会导致内存泄露。
2 独占的智能指针:std::unique_ptr
独占智能指针使用时有限制,如:不允许其它智能指针共享其内部指针;不允许通过赋值将一个独占指针给另外一个独占指针。如果想要将一个独占指针分配给另外一个独占指针,有两种方法,分别是:
- 通过函数返回值;
- 通过std::move方法转义指针对象的所有权.
代码如下所示:
std::unique_ptr<T> p(new T);
std::unique_ptr<T> p1 = std::move(p);
在C++ 11中,并没有提供make_unique函数来初始化独占指针,但是在C++14里面提供了类似的功能创建一个unique_ptr指针对象。当然我们也可以自己实现一个,实现方法如下:
template <class T,class ...Args> inline typename std::enable_if<!is_array<T>::value,
std::unique_ptr<T>>::type
make_unique(Args & ... args){
return std::unique_ptr<T>(new T(std::foeward<Args>(args)...));
}
2.1 unique_ptr使用方法
下面的代码通过reset方法实现独占指针的赋值和使用:
int main () {
std::unique_ptr<int> up;
up.reset (new int);
*up=5;
std::cout << *up << '
';
up.reset (new int);
*up=10;
std::cout << *up << '
';
up.reset();
return 0;
}
3 弱引用指针:std::weak_ptr
弱引用指针是共享指针的一个助手,它主要的功能是监视shared_ptr的生命周期,它也不能对资源进行管理,但是却可以通过shared_ptr对资源进行监控,弱引用指针本身的构造和析构都不会对引用计数进行修改,纯粹是作为一个助手监视shared_ptr管理的资源是否存在。
3.1 std::weak_ptr的基本用法
1) 通过use_count获取当前资源的引用计数,代码如下:
int main(){
std::shared_ptr<int>p(new int[10]);
std::weak_ptr<int> wp(p);
std::cout<<wp.use_count()<<std::endl;
return 0;
}
上面代码运行结果为:1
2)通过expired方法判断资源是否已经被释放
int main(){
std::shared_ptr<int>p(new int[10]);
std::weak_ptr<int> wp(p);
p.reset();
if(wp.expired()){
std::cout<<"监测指针已经被释放"<<std::endl;
}else{
std::cout<<"监测指针有效"<<std::endl;
}
return 0;
}
上面的代码运行结果为:监测指针已经被释放。
有一点需要大家注意的是,智能共享指针可以使用reset函数进行释放。
3)通过lock方法获取监视的shared_ptr资源
std::weak_ptr<int> wp;
void fun(){
if(wp.expired()){
std::cout<<"监测指针已经被释放"<<std::endl;
}else{
auto p=wp.lock();
std::cout<<*p<<std::endl;
}
}
int main(){
auto p = std::make_shared<int>(100);
wp = p;
fun();
return 0;
}
上面代码输出为:100.
弱指针除了上面描述的功能外,在shared_ptr返回this指针的实现中也是使用了弱指针的方法才得以实现,同理,在解决循环引用的问题时,只需要将两个类中的任意一个类的成员使用弱指针,循环引用导致的内存泄露问题都可以顺利解决。
4 总结
智能指针成为C++进行内存管理工具解决内存泄露问题的一件利器,虽然对我们帮助很大,但是依然要在使用时保持高度的警惕,避免因为使用不当导致更多的问题。在选择使用智能指针时,可以参照如下标准:
- 如果希望只有一个指针管理资源或者数组,可以使用独占指针:unique_ptr,反之,如果想用多个指针进行管理,可以使用shared_ptr;
- weak_ptr本身不操作资源,只做监控使用,用于解决shared_ptr的this指针返回问题和循环引用计数问题。是shared_ptr有利助手。
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