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技术分享会之——智能指针

2024-09-16 12:24:50   218人阅读

因为之前也仅仅是了解智能指针，要我说预计仅仅能说个它是干什么的。用不了几分钟。

昨天花了一天时间各种百度，算是对智能指针有了一点了解。这篇文章基本就是这次分享会的PPT的copy。没有底层的东西，多是概念。

我认为理解智能指针须要了解它发展的三个过程：起因，经过，结果。

这篇文章主要讲述的是起因。经过和结果等以后工作了。实际接触了再说吧。


起因：

1.为什么须要智能指针

我们先看两个样例

一：内存泄露

<pre name="code" class="cpp">//内存泄露
#include <stdio.h>
#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
    A(char *cstr);
    A(const A &ca);
    A();
    ~A();
    A operator=(const A &ca);
private:
    char *str;
};                        
A::A(char *cstr)            
{
    str = new char[20];
    strcpy(str, cstr);
}
A::A(const A &ca)           
{
    str = new char[20];
    strcpy(str, ca.str);
}
A A::operator=(const A &ca)   
{
    str = new char[20];      
    strcpy(str, ca.str);
    return str;
}
A::A() : str(new char[20])
{
    strcpy(str, "Welcome!");
}
A::~A()
{
    delete[] str;
    str = NULL;
}
int main(void)
{
    A a("Hello world!");
    A b(a);
    A c;
    c = b;
	
    return 0;
}


A A::operator=(constA &ca)   

{

    str =new char[20];      

    strcpy(str, ca.str);


    return str;

}


?罪魁祸首就是这段函数,当c=b的时候,就已经发生了内存泄露的隐患。


?原因：


–Ac 这句话调用了构造函数，已经在内存空间new了一块空间。


–c=b 这句调用了操作符重载函数，相同new了一块空间，这样上一次new的空间我们就找不到了。


–即使在析构的时候delet了第二次申请的空间，可是依旧无法避免内存泄露的问题。







解决的方法：




一： 

A::operator=(constA &ca) 

{

strcpy(str, ca.str);

}



可是前提是我们已经申请了空间。

二：

A::operator=(const A &ca)    


{ 


delete[] str;


str = new char[20]; 


strcpy(str, ca.str); 


}

这是个比較危急的方法，假设str没有被初始化或者已经被delet过了，程序就会发生致命错误。




三：

A::operator=(const A &ca) 


{


if(str == NULL) 


{          


str = new char[20]; 


}     


strcpy(str, ca.str); 


}

这是最好的方法，能够在非常多源代码中发现都是用了这样的方法。
可是须要注意的是str在没有被分配前必须初始化为NULL，由于在未分配和初始化NULL的时候，str不一定是个空指针。还可能是一个野指针。






二：悬垂指针


#include <stdio.h>
#include <iostream>
#include <windows.h>
using namespace std;



int *p=NULL;
void fun()
{
	int i=10;
	p=&i;
}

int main()
{
	fun();
	cout<<"*p= "<<*p<<endl;//输出p=10
	Sleep(1000);
	cout<<"*p= "<<*p<<endl;//输出p=0
	return 0;
}
两次输出的值不一样，由于程序发生了悬垂指针的错误。
详细和操作系统的堆栈管理方式有关，感兴趣能够去百度~


在调用fun（）函数的时候。指针P指向了这个模块内的一个整型，当这个模块刚刚返回，这个整型还是存在的。可是过了一会（详细多久还要看详细情况），它被系统释放掉了，那么P所指向的内容就不是我们能控制的了。这就是悬垂指针。


悬垂指针的定义：指向以前存在的对象，但该对象已经不再存在了。此类指针称为悬垂指针。结果没有定义。往往导致程序错误。并且难以检測。






以上能够说是智能指针的起因了吧，我做过一些小项目，所以能深深体会到智能指针的必要性。有时候编敲代码的时候总会new一些东西，要么忘了销毁，要么搞不清楚在哪里销毁，这或许和我经验不足有关，可是难保一些大神们不会犯这样的错。







2.为什么不自建“智能”指针


这里的为什么的主语-“我”特指像我这种新手。
既然new和delete要成对的出现，那我们为什么不自己封装一个类。创建的时候new。析构的时候delete呢？之所以特指。是由于新手考虑问题都比較片面，这样除了相同会造成上面的内存泄露的问题，还会造成其它错误。


class intptr 
{ 
private: 
 int* m_p; 
public: 
 intptr(int* p){ m_p = p; } 
 ~intptr(){ delete m_p; } 
 int& operator*(){ return *m_p; } 
};
这就是上面想法的一个样例，当我们这样调用的时候不会出现故障：


somefunction()
{
 intptr pi(new int); 
 *pi = 10; 
 int a = *pi; 
}
可是假设换种方式：


void somefunction()
{
 intptr pt1(new int);
 intptr pt2(new int);
 *pt1 = 10;
 pt2 = pt1;
}
问题就出现了，pt2指向了pt1所指向的内容。那么pt2原来所指向的内容我们就无法获取和销毁了，这也是一种内存泄露。
另外在程序块结束后，这块内存将要被销毁两次，这明显是不符合逻辑的。












经过：


1.引用计数

因为以上问题，我们又引入了引用计数这个概念。


在引用计数中，每个对象负责维护对象全部引用的计数值。当一个新的引用指向对象时，引用计数器就递增，当去掉一个引用时。引用计数就递减。当引用计数到零时，该对象就将释放占有的资源。




2.几种智能指针的概述




这里仅仅是概述。不说使用方法和分析源代码


智能指针有非常多：


std::auto_ptr、

boost::scoped_ptr、

boost::shared_ptr、

boost::scoped_array、

boost::shared_array、

boost::weak_ptr、

boost::intrusive_ptr


auto_ptr




缺点OR特性：

不能作为STL的成员（C++标准明白禁止这样做。否则可能会碰到不可预见的结果）

不能共享全部权（不一定是缺点，有它一定的应用）

不能指向数组

不能通过赋值操作来初始化

std::auto_ptr<int> p(new int(42)); //OK 


std::auto_ptr<int> p = new int(42); //ERROR




scoped_ptr






?boost::scoped_ptr的实现和std::auto_ptr很类似，都是利用了一个栈上的对象去管理一个堆上的对象，从而使得堆上的对象随着栈上的对象销毁时自己主动删除。
不同的是，boost::scoped_ptr有着更严格的使用限制——不能拷贝。这就意味着：boost::scoped_ptr指针是不能转换其全部权的。








?缺点OR特性：


–不能转换全部权

boost::scoped_ptr所管理的对象生命周期只局限于一个区间（该指针所在的"{}"之间）。无法传到区间之外，这就意味着boost::scoped_ptr对象是不能作为函数的返回值的（std::auto_ptr能够）。


–不能共享全部权

这点和std::auto_ptr类似。这个特点一方面使得该指针简单易用。还有一方面也造成了功能的薄弱——不能用于stl的容器中。


–不能用于管理数组对象

因为boost::scoped_ptr是通过delete来删除所管理对象的，而数组对象必须通过deletep[]来删除，因此boost::scoped_ptr是不能管理数组对象的。假设要管理数组对象须要使用boost::scoped_array类






shared_ptr




?缺点OR特性：


–1. shared_ptr是Boost库所提供的一个智能指针的实现,shared_ptr就是为了解决auto_ptr在对象全部权上的局限性（auto_ptr是独占的），在使用引用计数的机制上提供了能够共享全部权的智能指针.


–2. shared_ptr比auto_ptr更安全


–3. shared_ptr是能够拷贝和赋值的。拷贝行为也是等价的。而且能够被比較，这意味这它可被放入标准库的一般容器（vector，list）和关联容器中（map）。






weak_ptr




一种弱引用







3.强引用与弱引用


一个强引用当被引用的对象活着的话，这个引用也存在（就是说，当至少有一个强引用，那么这个对象就不能被释放）。boost::share_ptr就是强引用。




相对而言，弱引用当引用的对象活着的时候不一定存在。不过当它存在的时候的一个引用。弱引用并不改动该对象的引用计数，这意味这弱引用它并不正确对象的内存进行管理，在功能上类似于普通指针，然而一个比較大的差别是。弱引用能检測到所管理的对象是否已经被释放。从而避免訪问非法内存







当时举的鸭子和鸡的样例这里就不说了












结果：


如今的结果就是我们上面看到那些已经封装好的智能指针，至于为什么没有放到结果这里，是由于我想它还会继续发展，会越来越简单方便。


















   

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