聊聊 C++ 中的几种智能指针 (上)
一:背景
我们知道 C++ 是手工管理内存的分配和释放,对应的操作符就是 new/delete
和 new[] / delete[]
, 这给了程序员极大的自由度也给了我们极高的门槛,弄不好就得内存泄露,比如下面的代码:
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void test() {
int* i = new int(10);
*i = 10;
}
int main() {
test();
}
这段代码因为用了 new 而忘了 delete,导致在 nt heap
上分配的 i 随着栈地址的回收而成了一块孤悬海外的内存占用,所以修正后的代码如下:
void test() {
int* i = new int(10);
*i = 10;
delete i;
}
int main() {
test();
}
但这种写法比较麻烦,智者千虑必有一失,总会有忘记加 delete 的时候,那怎么办呢? 大家应该知道内存自动管理
有两种手段。
- 引用计数
代表作有 Python,PHP,还有 windows 的句柄管理。
- 引用跟踪
代表作有 C#,JAVA 等一众工程化语言。
因为 引用计数
实现比较简单,主要就是记录下对象的引用次数,次数为 0 则释放,所以可完全借助 类的构造函数析构函数 和 栈的自动回收特性 弄一个简单的 引用计数
,对应着如下四个关键词。
-
auto_ptr
-
shared_ptr
-
unique_ptr
-
weak_ptr
接下来我们逐个聊一聊。
二:关键词解析
1. auto_ptr
这是 C++ 最早出现一个的 简单引用计数法
,参考代码如下:
void test() {
auto_ptr ptr = auto_ptr(new int(10));
}
int main() {
test();
}
接下来看下汇编代码:
auto_ptr ptr = auto_ptr(new int(10));
...
00771D26 call std::auto_ptr::auto_ptr (07710FAh)
00771D2B lea ecx,[ebp-0D8h]
00771D31 call std::auto_ptr::~auto_ptr (0h)
可以看到,它分别调用了 构造函数
和 析构函数
,接下来找下 auto_ptr 这两个函数的源码。
class auto_ptr {
private:
_Ty* _Myptr; // the wrapped object pointer
public:
auto_ptr(auto_ptr_ref<_Ty> _Right) noexcept {
_Ty* _Ptr = _Right._Ref;
_Right._Ref = nullptr; // release old
_Myptr = _Ptr; // reset this
}
~auto_ptr() noexcept {
delete _Myptr;
}
}
源码一看就明白了,在构造函数中,将 new int 的地址塞给了内部的 _Myptr
指针,在析构函数中对 _Myptr
进行 delete
,真好,这样就不用整天担心有没有加 delete 啦。
值得注意的是,现在 C++ 不推荐这个了,而是建议使用新增的:shared_ptr,unique_ptr,weak_ptr
, 怎么说呢? auto_ptr 有一个不好处理的问题,就是现实开发中会出现这么个场景,多个 ptr 指向同一个 引用,如下图:
2. auto_ptr 多引用问题
- 方式1:
定义三个 ptr,然后包装同一个 new int
地址,参考代码如下:
void test() {
int* i = new int(10);
auto_ptr ptr1(i);
auto_ptr ptr2(i);
auto_ptr ptr3(i);
}
这种写法有没有问题呢? 肯定有问题啦,还记得 auto_ptr 的析构是 delete 吗? 对同一块内存多次 delete 会抛异常的,如下图所示:
- 方式2:
既然定义三个有问题, 那就用赋值运算符=
让 ptr1,ptr2,ptr3 指向同一个地址是不是就可以啦? 参考代码如下:
void test() {
int* i = new int(10);
auto_ptr ptr1(i);
auto_ptr ptr2 = ptr1;
auto_ptr ptr3 = ptr2;
}
int main() {
test();
}
那这段代码有没有问题呢? 有没有问题得要看 =
运算符是如何重写的????,扒一下源码看看。
template
auto_ptr& operator=(auto_ptr<_Other>& _Right) noexcept {
reset(_Right.release());
return *this;
}
_Ty* release() noexcept {
_Ty* _Tmp = _Myptr;
_Myptr = nullptr;
return _Tmp;
}
从源码看有一个很恶心的点,他会将 _Right
下的 _Myptr
设为 nullptr,也就是说此时的 ptr1 报废了,言外之意就是后续再访问 ptr1 会抛 访问违例
。
哈哈,C++里面的专业术语叫 控制权转移
。
好了,本篇就说这么多吧,下一篇聊聊新增的这些关键词,看看如何将 auto_ptr 更合理的分权。
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