1、2023/12/21 学习要点学习要点shared_ptrunique_ptrweak_ptr第第3章章 类和对象类和对象-动态内存与智能指针动态内存与智能指针2023/12/22 学习目标学习目标第第3章章 类和对象类和对象-动态内存与智能指针动态内存与智能指针了解三种智能指针shared_ptr、unique_ptr和weak_ptr2023/12/23shared_ptr：是一个模板类，定义在是一个模板类，定义在头文件里。头文件里。shared_ptr对象会在其作用域结束时，自动销毁，对象会在其作用域结束时，自动销毁，如果该如果该shared_ptr是指向某动态对象是指向某动态对象a的最
2、后一个的最后一个shared_ptr，那么，那么a所在的内存会被释放。所在的内存会被释放。第第3章章 类和对象类和对象-动态内存与智能指针动态内存与智能指针2023/12/24unique_ptr：也是一个模板类，同样定义在也是一个模板类，同样定义在头文件头文件里。与里。与shared_ptr不同的是，不同的是，unique_ptr是自己是自己“拥有拥有”一个指向的对象，也就是说不允许有两个或一个指向的对象，也就是说不允许有两个或者以上的者以上的unique_ptr指向同一个对象。在一个指向同一个对象。在一个unique_ptr对象的作用域结束时，对象的作用域结束时，unique_ptr指向指
3、向的对象的内存被释放。为了保证的对象的内存被释放。为了保证unique_ptr对对象对对象的独有性，赋值、复制操作是不允许的。但有一个的独有性，赋值、复制操作是不允许的。但有一个例外，可以在函数中例外，可以在函数中return一个一个unique_ptr。第第3章章 类和对象类和对象-动态内存与智能指针动态内存与智能指针2023/12/25weak_ptr：同样也是一个模板类，定义在同样也是一个模板类，定义在 头文件头文件中。它是为了辅助中。它是为了辅助shared_ptr而引入的一种智能指而引入的一种智能指针，它是一种弱引用，指向针，它是一种弱引用，指向shared_ptr所管理的对所管理的
4、对象，但不增加象，但不增加shared_ptr的引用计数。它存在的意的引用计数。它存在的意义就是协助义就是协助shared_ptr更好的完成工作，可以把它更好的完成工作，可以把它比做成一个秘书或助理。比做成一个秘书或助理。第第3章章 类和对象类和对象-动态内存与智能指针动态内存与智能指针2023/12/26第第3章章 类和对象类和对象-动态内存与智能指针动态内存与智能指针shared_ptr sp空智能指针，可以指向类型为空智能指针，可以指向类型为T的对象的对象unique_ptr upp将将p作为一个判断条件，若作为一个判断条件，若p指向一个指向一个对象，则为对象，则为true*p解引用解引
5、用p，获得它指向的对象，获得它指向的对象p-mem等价于等价于(*p).memp.get()返回返回p中保存的指针中保存的指针swap(p,q)交换交换p和和q中的指针中的指针p.swap(q)表表3-2 shared_ptr3-2 shared_ptr和和unique_ptrunique_ptr都支持的操作都支持的操作2023/12/27第第3章章 类和对象类和对象-动态内存与智能指针动态内存与智能指针make_shared(args)返回一个返回一个shared_ptr，指向一个动态分配，指向一个动态分配的类型为的类型为T的对象。使用的对象。使用args初始化此对初始化此对象象shared
6、_ptrp(q)p是是shared_ptr q的拷贝，此操作会递增的拷贝，此操作会递增q中的计数器，中的计数器，q中的指针必须能转换为中的指针必须能转换为T*p=qp和和q都是都是shared_ptr，所保存的指针必须，所保存的指针必须能相互转换，此操作会递减能相互转换，此操作会递减p的引用计数，的引用计数，递增递增q的引用计数，若的引用计数，若p的引用计数变为的引用计数变为0，则将其管理的原内存释放。，则将其管理的原内存释放。p.unique()若若p.use_count()为为1，返回，返回true，否则返，否则返回回falsep.use_count()返回与返回与p共享对象的智能指针数量
7、，可能共享对象的智能指针数量，可能很慢，主要用于调试很慢，主要用于调试表表3-3 shared_ptr3-3 shared_ptr独有的操作独有的操作2023/12/281、shared_ptr：/指向指向string类型的空指针，默认初始化的智能指针是一个空类型的空指针，默认初始化的智能指针是一个空指针指针shared_ptr p1;shared_ptr p2;/指向指向int类型的空指针类型的空指针/指向一个值为指向一个值为10的的int类型的指针类型的指针shared_ptr p3(new int(10);第第3章章 类和对象类和对象-动态内存与智能指针动态内存与智能指针2023/12/
8、291、shared_ptr：/错误：不能将一个内置指针直接赋值给一个智能指针错误：不能将一个内置指针直接赋值给一个智能指针shared_ptr p4=new int(1);/p5为指向一个值为为指向一个值为1的的int类型的类型的shared_ptrshared_ptr p5=make_shared(1);第第3章章 类和对象类和对象-动态内存与智能指针动态内存与智能指针2023/12/2101、shared_ptr：/p6为指向一个值为为指向一个值为9999999999的的string类型的类型的shared_ptrshared_ptr p6=make_shared(10,9);/p7指向
9、一个值初始化的指向一个值初始化的int，即，值为，即，值为0shared_ptr p7=make_shared();第第3章章 类和对象类和对象-动态内存与智能指针动态内存与智能指针2023/12/2111、shared_ptr：shared_ptr的复制和赋值：当进行复制或赋值操作的复制和赋值：当进行复制或赋值操作时，时，每个每个shared_ptr都会记录有多少个其他都会记录有多少个其他shared_ptr指向相同的对象。指向相同的对象。/p指向的对象只有指向的对象只有p一个引用者一个引用者auto p=make_shared(1);/p和和q指向相同对象，此对象有两个引用者指向相同对象，
10、此对象有两个引用者auto q(p);第第3章章 类和对象类和对象-动态内存与智能指针动态内存与智能指针2023/12/212第第3章章 类和对象类和对象-动态内存与智能指针动态内存与智能指针1、shared_ptrv每个每个shared_ptr都有一个关联的计数器，通常称其都有一个关联的计数器，通常称其为引用计数为引用计数。v无论何时无论何时复制复制一个一个shared_ptr，计数器都会递增。，计数器都会递增。v当给当给shared_ptr赋予一个新值，或者是赋予一个新值，或者是shared_ptr被销毁（比如一个被销毁（比如一个shared_ptr离开其作用域）时，计离开其作用域）时，计
11、数器就会递减。数器就会递减。v一旦一个一旦一个shared_ptr的计数器变为的计数器变为0，它就会自动释，它就会自动释放所管理的对象放所管理的对象：2023/12/213第第3章章 类和对象类和对象-动态内存与智能指针动态内存与智能指针使用使用shared_ptr注意事项：注意事项：（1）不要混合使用普通指针和）不要混合使用普通指针和shared_ptr指针指针（2）不要使用）不要使用get初始化另一个初始化另一个shared_ptr指针或为指针或为shared_ptr指针赋值指针赋值：2023/12/214第第3章章 类和对象类和对象-动态内存与智能指针动态内存与智能指针表表3-4 3-4
12、 定义和改变定义和改变shared_ptrshared_ptr的其他方法的其他方法shared_ptrp(q)p管理内置指针q所指向的对象，q必须指向new分配的内存，且能转换为T*类型shared_ptrp(u)p从unique_ptru那里接管了对象的所有权，将u置为空shared_ptrp(q,d)p接管了内置指针q所指向的对象的所有权，q必须能转换为T*类型，p将使用可调用对象d来代替deleteshared_ptrp(p2,d)p是shared_ptrp2的拷贝，唯一的区别是p将用可调用对象d来代替deletep.reset()当智能指针中有值的时候，调用reset()会使引用计数减
13、1。如果发现此时p的引用计数为0时，则reset会释放p对象。p.reset(q)p.reset(q,d)若传递了可选参数内置指针q，会将p的引用计数减1（当然，如果发现引用计数为0时，则自动释放p所管理的对象），然后令p指向q。若还传递了参数d，将会调用d而不是delete来释放q。2023/12/215第第3章章 类和对象类和对象-动态内存与智能指针动态内存与智能指针为了正确使用智能指针，必须坚持以下基本规范：为了正确使用智能指针，必须坚持以下基本规范：（1）不使用相同的内置指针值初始化（或）不使用相同的内置指针值初始化（或reset）多）多个个shared_ptr，原因在于，会造成二次销
14、毁。，原因在于，会造成二次销毁。int*p8=new int;shared_ptr p9(p8);shared_ptr p10(p8);/逻辑错误逻辑错误（2）不）不delete get()返回的指针。返回的指针。（3）如果使用）如果使用get()返回的指针，记住当最后一个对返回的指针，记住当最后一个对应的智能指针销毁后，该指针就变为无效了。应的智能指针销毁后，该指针就变为无效了。：2023/12/216第第3章章 类和对象类和对象-动态内存与智能指针动态内存与智能指针为了正确使用智能指针，必须坚持以下基本规范：为了正确使用智能指针，必须坚持以下基本规范：（4）默认情况下，一个用来初始化智能指
15、针的普通指）默认情况下，一个用来初始化智能指针的普通指针必须指向动态内存，因为智能指针默认使用针必须指向动态内存，因为智能指针默认使用delete来释放它所关联的对象。也可以把智能指针绑定到其来释放它所关联的对象。也可以把智能指针绑定到其他类型的指针上，但是我们必须提供自己的删除操作他类型的指针上，但是我们必须提供自己的删除操作来替代来替代delete。（5）避免循环引用。智能指针最大的一个陷阱是循环）避免循环引用。智能指针最大的一个陷阱是循环引用，循环引用会导致内存泄漏。解决方法是改用引用，循环引用会导致内存泄漏。解决方法是改用weak_ptr。见下面的例。见下面的例3-16。：2023/1
16、2/2172、unique_ptrv一个一个unique_ptr“拥有拥有”它所指向的对象，与它所指向的对象，与shared_ptr不同，某个时刻只能有一个不同，某个时刻只能有一个unique_ptr指向指向一个给定的对象，一个给定的对象，unique_ptr被销毁时，其所指向的对被销毁时，其所指向的对象也被销毁了。象也被销毁了。v定义一个定义一个unique_ptr指针时，必须将其绑定到一个指针时，必须将其绑定到一个new返回的指针上。类似返回的指针上。类似shared_ptr，初始化，初始化unique_ptr必须采用直接初始化形式。必须采用直接初始化形式。/p1为指向一个为指向一个dou
17、ble类型的类型的unique_ptr unique_ptr p1;/p2为指向一个值为为指向一个值为10的的int类型的类型的unique_ptr unique_ptr p2(new int(10);第第3章章 类和对象类和对象-动态内存与智能指针动态内存与智能指针2023/12/2182、unique_ptrv由于一个由于一个unique_ptr拥有它指向的对象，因此拥有它指向的对象，因此unique_ptr不支持普通的不支持普通的复制复制或赋值操作或赋值操作unique_ptr p1(new string(good);unique_ptr p2(p1);/错误，不支持错误，不支持复制复制
18、操作操作unique_ptr p3;p3=p2;/错误，不支持赋值操作错误，不支持赋值操作第第3章章 类和对象类和对象-动态内存与智能指针动态内存与智能指针2023/12/2192、unique_ptrv但可以通过但可以通过release和和reset方法将指针的所有权从一方法将指针的所有权从一个个(非非const)unique_ptr转移给另一个转移给另一个unique_ptr。/p1放弃所有权，转交给放弃所有权，转交给p2，release将将p1置空置空unique_ptr p2(p1.release();unique_ptr p3(new string(better);/p3放弃所有权，
19、转交给放弃所有权，转交给p2p2.reset(p3.release();/reset释放了释放了p3原来指向的内原来指向的内存存注意：注意：release()并不会释放内存只会转交拥有权，并不会释放内存只会转交拥有权，reset()可以释放内存。可以释放内存。第第3章章 类和对象类和对象-动态内存与智能指针动态内存与智能指针2023/12/2202、unique_ptrv不能不能复制复制unique_ptr的规则有一个例外：可以的规则有一个例外：可以复制复制或或赋值一个将要被销毁的赋值一个将要被销毁的unique_ptr。v从函数返回一个从函数返回一个unique_ptr：unique_ptr
20、 clone(int p)/正确：从正确：从int*创建一个创建一个unique_ptr return unique_ptr(new int(p);第第3章章 类和对象类和对象-动态内存与智能指针动态内存与智能指针2023/12/2212、unique_ptrv不能不能复制复制unique_ptr的规则有一个例外：可以的规则有一个例外：可以复制复制或或赋值一个将要被销毁的赋值一个将要被销毁的unique_ptr。v还可以返回一个局部对象的还可以返回一个局部对象的复制复制：unique_ptr clone(int p)unique_ptr ret(new int(p);/正确正确 return
21、ret;第第3章章 类和对象类和对象-动态内存与智能指针动态内存与智能指针2023/12/2222、unique_ptrvunique_ptr中的删除器：类似中的删除器：类似shared_ptr，unique_ptr默认情况下用默认情况下用delete释放它指向的对象。与释放它指向的对象。与shared_ptr一样，可以重载一个一样，可以重载一个unique_ptr中默认的删中默认的删除器。但是，除器。但是，unique_ptr管理删除器的方式与管理删除器的方式与shared_ptr不同，在构建时必须提供删除器的类型。不同，在构建时必须提供删除器的类型。第第3章章 类和对象类和对象-动态内存与
22、智能指针动态内存与智能指针2023/12/2233、weak_ptrvweak_ptr是一种不控制所指向对象生存期的智能指针，是一种不控制所指向对象生存期的智能指针，它指向一个它指向一个shared_ptr管理的对象。将一个管理的对象。将一个weak_ptr绑定到绑定到shared_ptr不会改变不会改变shared_ptr的引用计数。一的引用计数。一旦最后一个指向对象的旦最后一个指向对象的shared_ptr被销毁，对象就会被被销毁，对象就会被释放，即使有释放，即使有weak_ptr指向对象，对象还是会被释放。指向对象，对象还是会被释放。v当我们创建一个当我们创建一个weak_ptr时，要用
23、一个时，要用一个shared_ptr来来初始化它：初始化它：auto p=make_shared_ptr(10);/wp弱共享弱共享p，p的引用计数未改变的引用计数未改变weak_ptr wp(p第第3章章 类和对象类和对象-动态内存与智能指针动态内存与智能指针2023/12/2243、weak_ptrv由于对象可能不存在，我们不能使用由于对象可能不存在，我们不能使用weak_ptr直接访直接访问对象，而必须调用问对象，而必须调用lock()。此函数检查。此函数检查weak_ptr指向指向的对象是否存在。如果存在，的对象是否存在。如果存在，lock则返回一个指向共享则返回一个指向共享对象的对象
24、的shared_ptr，同时该对象的引用计数会增加。，同时该对象的引用计数会增加。if(shared_ptr np=wp.lock()vshared_ptr智能指针最大的一个陷阱是循环引用，循智能指针最大的一个陷阱是循环引用，循环引用会导致内存泄漏。解决方法是改用环引用会导致内存泄漏。解决方法是改用weak_ptr。第第3章章 类和对象类和对象-动态内存与智能指针动态内存与智能指针2023/12/2253、weak_ptr第第3章章 类和对象类和对象-动态内存与智能指针动态内存与智能指针【例3-16】shared_ptr智能指针循环引用问题。#include#include using nam
25、espace std;struct Node int _data;shared_ptr next;shared_ptr prev;int main()shared_ptr sp1(new Node);shared_ptr sp2(new Node);sp1-next=sp2;sp2-prev=sp1;return 0;2023/12/2264、智能指针和动态数组、智能指针和动态数组v标准库提供了一个可以管理标准库提供了一个可以管理new分配数组的分配数组的unique_ptr版本。为了用一个版本。为了用一个unique_ptr管理动态数组，管理动态数组，我们必须在对象类型后面跟一对方括号。我们
26、必须在对象类型后面跟一对方括号。unique_ptr up(new int10);up.release();/自动用自动用delete 销毁其指针销毁其指针v当当unique_ptr指向数组时，我们不能使用点和箭头运指向数组时，我们不能使用点和箭头运算符，而是用下标来访问数组中的元素：算符，而是用下标来访问数组中的元素：for(size_t i=0;i!=10;+i)upi=i;/为每个元素赋予一个新值为每个元素赋予一个新值第第3章章 类和对象类和对象-动态内存与智能指针动态内存与智能指针2023/12/2274、智能指针和动态数组、智能指针和动态数组第第3章章 类和对象类和对象-动态内存与智
27、能指针动态内存与智能指针unique_ptr uu指指向向一一个个动动态态分分配配的的数数组组，数数组组元素类型为元素类型为Tunique_ptr u(p)u指指向向内内置置指指针针p所所指指向向的的动动态态分分配配的数组，的数组，p必须能转换为类型必须能转换为类型T*ui返返回回u拥拥有有的的数数组组中中位位置置i处处的的对对象象，u必须指向一个数组必须指向一个数组指向数组的unique_ptr支持的操作见表3-5。表3-5 指向数组的unique_ptr2023/12/2284、智能指针和动态数组、智能指针和动态数组v与与unique_ptr不同，不同，shared_ptr不直接支持管理动
28、态不直接支持管理动态数组，如果希望使用数组，如果希望使用shared_ptr管理一个数组必须提供管理一个数组必须提供一个自定义的删除器：一个自定义的删除器：share_ptr sp(new int10,(int*p)delete p;);/这里使用了这里使用了lambda表达式，详见表达式，详见11.5.5节节sp.reset();/使用我们提供的使用我们提供的lambda释放数组，它使释放数组，它使用用delete for(size_t i=0;i!=10;+i)*(sp.get()+i)=i;/由于由于shared_ptr不直接支持不直接支持动态数组，所以我们不能用下标直接访问元素动态数组，所以我们不能用下标直接访问元素第第3章章 类和对象类和对象-动态内存与智能指针动态内存与智能指针2023/12/229
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