【c++复习笔记】——智能指针详细解析(智能指针的使用,原理分析)

article/2025/9/19 19:28:38
  • 💂 个人主页:努力学习的少年
  • 🤟 版权: 本文由【努力学习的少年】原创、在CSDN首发、需要转载请联系博主
  • 💬 如果文章对你有帮助、欢迎关注点赞收藏(一键三连)和订阅专栏

目录

一. 智能指针的基本概念

二.  智能指针的定义和使用

三. auto_ptr

四. unique_ptr

五. share_ptr

1. shared_ptr的基本概念

2. shared_ptr的原理

3. shared_ptrd的实现

4. shared_ptr的循环引用

5. 定制删除器


一. 智能指针的基本概念

1. RAll

RAII(Resource Acquisition Is Initialization)是一种利用对象生命周期来控制程序资源(如内存、文件句柄、网络连接、互斥量等等)的简单技术。
在对象构造时获取资源,接着控制对资源的访问使之在对象的生命周期内始终保持有效,最后在对象析构的时候释放资源。借此,我们实际上把管理一份资源的责任托管给了一个对象。这种做法有两大好处:

  • 不需要显式地释放资源。 
  • 采用这种方式,对象所需的资源在其生命期内始终保持有效

2.智能指针概念

    在c++中,动态内存的管理式通过一对运算符来完成的:new,在动态内存中为对象分配空间并返回一个指向该对象的指针,我们可以选择对对象进行初始化;delete,接受一个动态对象的指针,销毁该对象,并释放与之关联的内存。动态内存的使用很容易出现问题,因为确保在正确的时间释放内存是极其困难的。有时使用完对象后,忘记释放内存,造成内存泄漏的问题。

  •   所谓的智能指针本质就是一个类模板,它可以创建任意的类型的指针对象,当智能指针对象使用完后,对象就会自动调用析构函数去释放该指针所指向的空间

下面是智能指针的基本框架,所有的智能指针类模板中都需要包含一个指针对象构造函数析构函数

二.  智能指针的定义和使用

  • 智能指针的使用跟普通指针类似,可以使用运算符“ * " 和 ” -> "去获得指向的对象,因此,我们就需要在类中重载" * " 和" -> "函数。

  • 当程序结束时,此时ptr1和ptr2指针被销毁时,对象ptr1和ptr2会自动调用析构函数去释放所指向的资源,这是智能指针特点。

  •  由于我的类中没有定义拷贝构造函数和赋值重载函数,那么我们只能调用类中原生的拷贝构造函数和赋值重载函数。那么就会程序就会出现崩溃的问题,如下:

  • ptr2和ptr1指向的同一块空间,当ptr2被销毁时,它会调用它的析构函数去delete该资源对象,当ptr1被销毁时,也会去调用它的析构函数去释放ptr1所指向的资源.所以,当程序结束时,ptr2被先被销毁,同时释放ptr2所指向的资源,然后ptr1被销毁,也去释放该资源对象,那么如下的资源对象同时被释放两次,所以程序就会被崩溃掉。(资源对象被释放后,如果再去释放该资源,程序就会崩溃)

 综上所述,我们不能使用原生的拷贝构造函数和赋值重载函数,并且定义的拷贝构造函数和赋值重载函数需要考虑只能释放一次资源对象

c++库中的智能指针

三. auto_ptr

auto_ptr是c++98版本库中提供的智能指针,该指针解决上诉的问题采取的措施是管理权转移的思想,也就是原对象拷贝给新对象的时候,原对象就会被设置为nullptr,此时就只有新对象指向一块资源空间。

 如果auto_ptr调用拷贝构造函数或者赋值重载函数后,如果再去使用原来的对象的话,那么整个程序就会崩溃掉(因为原来的对象被设置为nullptr),这对程序是有很大的伤害的.所以很多公司会禁用auto_ptr智能指针。

auto_ptr的拷贝构造函数和赋值重载函数的实现

四. unique_ptr

unique_ptr是c++11版本库中提供的智能指针,它直接将拷贝构造函数和赋值重载函数给禁用掉,因此,不让其进行拷贝和赋值。

unique_ptr的拷贝函数和赋值重载函数

五. share_ptr

1. shared_ptr的基本概念

share_ptr是c++11版本库中的智能指针,shared_ptr允许多个智能指针可以指向同一块资源,并且能够保证共享的资源只会被释放一次,因此是程序不会崩溃掉。

2. shared_ptr的原理

shared_ptr采用的是引用计数原理来实现多个shared_ptr对象之间共享资源:

  • shared_ptr在内部会维护着一份引用计数,用来记录该份资源被几个对象共享。
  • 当一个shared_ptr对象被销毁时(调用析构函数),析构函数内就会将该计数减1
  • 如果引用计数减为0后,则表示自己是最后一个使用该资源的shared_ptr对象,必须释放资源。
  • 如果引用计数不是0,就说明自己还有其他对象在使用,则不能释放该资源,否则其他对象就成为野指针。

引用计数是用来记录资源对象中有多少个指针指向该资源对象。

 

 销毁过程:

3. shared_ptrd的实现

赋值重载的三种情况:

  • ptr1=ptr1;智能指针自己给自己赋值,不做处理
  • ptr2=ptr1;如果ptr1和ptr2指向同一块空间,不做处理
  • ptr2=ptr1;如果ptr2和ptr1指向的空间不一样,处理过程如下:

  •  因为_ptrcount指向的对象是在堆上,因此所有的线程都能够访问到该资源,多线程在修改_ptrcount时,则会出现线程安全问题,因此需要在修改_prtcount时需要用锁来保证其数据的正确性。
  • “  * "会返回ptr指向的对象,为什么不需要锁对其进行保护?因为ptr返回的对象有可能被读或者被写,这个不是指针内部所考虑的,而是由调用者进行考虑的。

4. shared_ptr的循环引用

shared_ptr固然好用,但是它也会有问题存在。假设我们要使用定义一个双向链表,如果我们想要让创建出来的链表的节点都定义成shared_ptr智能指针,那么也需要将节点内的_pre和_next都定义成shared_ptr的智能指针。如果定义成普通指针,那么就不能赋值给shared_ptr的智能指针。

当其中两个节点互相引用的时候,就会出现循环引用的现象。如下:

  •  use_count(): 返回智能指针对象的引用计数。

  • 当创建出node1和node2智能指针对象时,引用计数都是1.
  • 当node1的next指向node2所指向的资源时,node2的引用计数就+1,变成2,node2的pre指向noede1所指向的资源时,node1的引用计数+1,变成2.
  • 当这两个智能指针使用完后,调用析构函数,引用计数都-1,都变成1,由于引用计数不为0,所以node1和node2所指向的对象不会被释放
  • 当node1所指向的资源释放需要当node2中的_prev被销毁,就需要node2资源的释放,node2所指向的资源释放就需要当node1中的_next被销毁,就需要node1资源的释放。因此node1和node2都有对方的“把柄”,这两个就造成循环引用现象,最终这node1和node2资源就不会进行释放。

那么如何解决这个shared_ptr的循环引用呢?

  • c++库中存在weak_ptr类型的智能指针。weak_ptr类的对象它可以指向shared_ptr,并且不会改变shared_ptr的引用计数。一旦最后一个shared_ptr被销毁时,对象就会被释放。

weak_ptr对象指向shared_ptr对象时,不会增加shared_ptr中的引用计数,因此当node1销毁掉时,则node1指向的空间就会被销毁掉,node2类似,所以weak_ptr指针可以很好解决循环引用的问题。

  •  所以在定义双向链表或者在二叉树等有多个指针的时候,如果想要将该类型定义成智能指针,那么结构体内的指针需要定义成weak_ptr类型的指针,防止循环引用的出现。

weak_ptr简单实现

5. 定制删除器

    当我们释放一个指向数组的指针的时候delete[]后面的空方括号是必须存在(如下),它指示编译器此指针指向的是一个对象数组的第一个元素,如果我们在delete一个指向数组的指针中忽略了方括号,我们的程序可能在执行过程中在没有任何警告下行为异常。

  •  我们如果在动态内存中创建出一个数组,用一个shared_ptr对象去指向该数组,当shared_ptr使用完后,就会去调用析构函数,由于shared_ptr默认的删除方式是 delete ptr,后面没有带方括号,那么程序就会崩掉

  •  如果我们打开一个了文件,返回一个文件指针,让一个shared_ptr对象去指向该文件,那么在调用析构函数的时候就不能采用delete方法,而是使用flose()函数去关闭该文件

因此,shared_ptr 类中提供了一个构造函数可以自定义一个删除器去指定析构函数的删除方式。

 这个自定义删除器可以是函数指针仿函数lamber,包装器

仿函数的删除器

shared_ptr中的析构函数会去调用DelArry仿函数去释放动态数组


http://chatgpt.dhexx.cn/article/svnftGhJ.shtml

相关文章

C++ 智能指针 - 全部用法详解

为什么要学习智能指针? 咳咳,这个问题不是问大家的,是询问我自己的! 我依稀记得刚离校出来找实习工作那会儿(2020年7月),去面试一份工作,面试官问了我许多问题,其中有一个问题就是问&#xff1a…

AndroidStudio编译时 CXX1405 错误解决

AndroidStudio 编译带C的native库项目时报错, [CXX1405] error when building with cmake using D:\WorkSpace\AndroidXXXX\app\src\main\cpp\CMakeLists.txt: Build command failed.解决方法: cmd 到 Android SDK的cmake路径下,执行 cmake …

硬件速攻-AT24CXX存储器

AT24C02是什么? AT24CXX是存储芯片,驱动方式为IIC协议 实物图? 引脚介绍? A0 地址设置角 可连接高电平或低电平 A1 地址设置角 可连接高电平或低电平 A2 地址设置角 可连接高电平或低电平 1010是设备前四位固定地址 &#xf…

【dbus-cxx】libsigc++ 和 dbus-cxx 在 Ubuntu 中的编译和配置

文章目录 参考资料配置环境cmakelibsigcdbus-cxx 例程server.cppclient.cppMakefile运行结果 此帖作为自己学习记录使用,尚未使用交叉编译,仅在本地使用 参考资料 需先了解DBUS基础知识,建议看DBUS官方文档 DBUS-CXX也是建议看官方文档&…

正点原子IIC例程讲解笔记(三)——24cxx.c中函数理解

目录 一、24C02 简介 二、在 AT24CXX 指定地址写入一个数据: 三、在ATC24XX指定地址读出一个数据 四、检查AT24CXX是否正常:u8 AT24CXX_Check(void) 五、在 AT24CXX 里面的指定地址开始写入长度为 Len 的数据 六、在 AT24CXX 里面的指定地址开始读出…

windows用VS2019下编译log4cxx日志库

一、下载相关库文件 获取log4cxx源码包:http://logging.apache.org/log4cxx/index.html 获取依赖库apr和apr-util源码包:http://archive.apache.org/dist/apr/apr-1.2.11-win32-src.zip http://archive.apache.org/dist/apr/apr-util-1.2.10-win32-src.zip 编译apr…

log4cxx编译

本人进行过win7 64位操作系统和win10家庭版的log4cxx编译,使用的是vs2015,下面是详情。 1.sed下载 sed-4.2.1-bin.zip、sed-4.2.1-dep.zip下载地址:http://gnuwin32.sourceforge.net/packages/sed.htm 下载后,将sed的两个压缩包解…

【RT-Thread Master】at24cxx软件包使用笔记

硬件介绍 RT-Thread版本:V4.1.0软件包名称:at24cxxMCU型号:AT32F407VET7EEPROM型号:AT24C16 使用说明 1、使用menuconfig将软件包添加进入工程,路径如下所示。 2、把IIC总线打开,这里使用软件IIC&#…

linux下编译和安装log4cxx,ubuntu下log4cxx安装使用

需要安装log4cxx,安装的过程中可是充满了坎坷。。。最大的问题是在make log4cxx时,总是报undefined XML什么什么的错误,查了一下也没解决了,然后把apr-utils删了重新装了一下就好了。。 log4cxx现在是apache的一个项目&#xff0c…

linux下编译和安装log4cxx,RedHat如何安装log4cxx日志库

log4cxx日志库是一种动态库,用于记录c的日志,那么RedHat系统下要如何安装log4cxx日志库呢?下面小编就给大家介绍下RedHat安装log4cxx日志库的步骤,感兴趣的朋友不妨来了解下吧。 首先,我得到信息,安装这个库…

AT24Cxx读写全面理解

AT24Cxx - 电可擦可写E2PROM 芯片介绍 基础介绍\引脚介绍 AT24Cxx系列EEPROM是由美国Mcrochip公司出品,1-512K位的支持I2C总线数据传送协议的串行CMOS E2PROM,可用电擦除,可编程自定时写周期(包括自动擦除时间不超过10ms&#…

mongodb-cxx-driver使用

mongocxx driver 是构建在 MongoDB C driver 之上的 1.首先需要安装mongo-c-driver wget https://github.com/mongodb/mongo-c-driver/releases/download/ 1.23.1/mongo-c-driver-1.23.1.tar.gz tar xzf mongo-c-driver-1.23.1.tar.gz cd mongo-c-driver-1.23.1 mkdir cmak…

老胡的周刊(第095期)

老胡的信息周刊[1],记录这周我看到的有价值的信息,主要针对计算机领域,内容主题极大程度被我个人喜好主导。这个项目核心目的在于记录让自己有印象的信息做一个留存以及共享。 🎯 项目 tabby[2] 自托管的 AI 编码助手,…

程序员养生指北

吴小胖第八次推送 阅读时间预计3分钟~ 熬夜篇 互联网人熬夜是不能避免的,原因却各不相同。 不加班的时候,总会对自己说,今天一定早睡,然鹅... 午休篇 熬夜的程序员总想依靠午休补觉,然鹅... 更不幸的是,互联…

老杨说运维 | 中国IT运维市场的现状与趋势

文章内容来源《第一新声》 对擎创科技CEO杨辰(老杨)的专访 前言: 中国目前正面临百年未有之大变局,在这个变局中,不稳定性和不确定性正在增强。疫情持续反复、国际形势变化多端,导致国内多个行业出现发展增速下降、产供销节奏打…

老杨说运维 | 非常重要,事关转型

《荀子》有云:“水能载舟,亦能覆舟。”在公司日常运营过程中,数据指标就像是水,孕育着生命,承载着万物。科学的数据指标能指引公司在正确的道路上不断前进,使平淡无常的业务焕发新生,而不合理的…

学习springcloud的一些心得体会——老卫的天气预报系统

1:建立天气预报springboot系统 首先先建立一个天气预报的springboot系统,具体流程如下: (1)从cityList.xml中获取城市信息, (2)然后根据下面的链接获取各个城市的天气预报信息&am…

学习springboot项目的一些心得-----老卫的博客系统

去年年底接触了springboot框架,这两天复习了一遍,主要是跟着老卫博客系统这个课程学习的。 springboot介绍:总的感觉springboot就是基于spring开发的一套框架,好处就是不用配置复杂的依赖包,xml的一些文件&#xff0c…

thymeleaf和spring boot的集成踩坑总结(练习项目是老卫的博客项目)

bug1: 2019-08-08 16:44:38.102 ERROR 19810 — [nio-8080-exec-8] org.thymeleaf.TemplateEngine : [THYMELEAF][http-nio-8080-exec-8] Exception processing template “users/list”: Error resolving template “users/list”, template might not exist or might not be …

《跟老卫学 HarmonyOS 开发》:以父之名・码力全开!写段 HarmonyOS 祝父亲节

#父亲节祝福语# 爸爸在我心中就像旗帜 他教会我做人与处事的方向 在父亲节这个特别的日子里 我想对爸爸说长大以后我就要成为您 使用ArkUI开发“父亲节的祝福” 使用ArkUI开发“父亲节的祝福”,效果如下: 使用DevEco Studio整体开发HarmonyOS整体时…