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土拨猫
武汉理工大学 C++
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智能指针
C++智能指针:防止内存泄漏,动态管理内存,分配-自动释放内存》》unique_ptr, shared_ptr, weak_ptr;属于封装类。 unique_ptr:unique_ptr实现独占式拥有或严格拥有概念,保证同一时间内只有一个智能指针可以指向该对象。它对于避免资源泄露,例如,以new创建对象后因为发生异常而忘记调用delete时的情形特别有用。 实现原理:将拷贝构造函数和赋值拷贝构造函数申明为private或delete。不允许拷贝构造函数和赋值操作符,但是支持移动构造函数,通过std:move把一个对象指针变成右值之后可以移动给另一个unique_ptr shared_ptr:shared_ptr实现共享式拥有概念。多个智能指针可以指向相同对象,该对象和其相关资源会在“最后一个引用被销毁”时候释放。从名字share就可以看出了资源可以被多个指针共享,它使用计数机制来表明资源被几个指针共享。可以通过成员函数use_count()来查看资源的所有者个数。除了可以通过new来构造,还可以通过传入auto_ptr, unique_ptr,weak_ptr来构造。当我们调用release()时,当前指针会释放资源所有权,计数减一。当计数等于0时,资源会被释放。 shared_ptr 是为了解决 auto_ptr 在对象所有权上的局限性(auto_ptr 是独占的), 在使用引用计数的机制上提供了可以共享所有权的智能指针。 use_count 返回引用计数的个数 ; unique 返回是否是独占所有权( use_count 为 1) ; swap 交换两个 shared_ptr 对象(即交换所拥有的对象) ; reset 放弃内部对象的所有权或拥有对象的变更, 会引起原有对象的引用计数的减少 ; get 返回内部对象(指针), 由于已经重载了()方法, 因此和直接使用对象是一样的.如 shared_ptr sp(new int(1)); sp 与 sp.get()是等价的 ; 初始化:因为带有参数的 shared_ptr 构造函数是 explicit 类型的,所以不能像这样std::shared_ptr<int> p1 = new int();隐式调用它构造函数。创建新的shared_ptr对象的最佳方法是使用std :: make_shared: std::shared_ptr<int> p1 = std::make_shared<int>(); SharedPtr<string> pstr(new string("abc")); std::make_shared 一次性为int对象和用于引用计数的数据都分配了内存,而new操作符只是为int分配了内存。 -------共享所有权如何在参考计数的帮助下工作的? 1、当新的 shared_ptr 对象与指针关联时,则在其构造函数中,将与此指针关联的引用计数增加1。 2、当任何 shared_ptr 对象超出作用域时,则在其析构函数中,它将关联指针的引用计数减1。如果引用计数变为0,则表示没有其他 shared_ptr 对象与此内存关联,在这种情况下,它使用delete函数删除该内存。 ----------创建 shared_ptr 时注意事项:不要使用同一个原始指针构造 shared_ptr;创建多个 shared_ptr 的正常方法是使用一个已存在的shared_ptr 进行创建,而不是使用同一个原始指针进行创建。 int *num = new int(23); std::shared_ptr<int> p1(num); std::shared_ptr<int> p2(p1); // 正确使用方法 std::shared_ptr<int> p3(num); // 不推荐 std::cout << "p1 Reference = " << p1.use_count() << std::endl; // 输出 2 std::cout << "p2 Reference = " << p2.use_count() << std::endl; // 输出 2 std::cout << "p3 Reference = " << p3.use_count() << std::endl; // 输出 1 假如使用原始指针num创建了p1,又同样方法创建了p3,当p1超出作用域时会调用delete释放num内存,此时num成了悬空指针,当p3超出作用域再次delete的时候就可能会出错。 weak_ptr:weak_ptr 是一种不控制对象生命周期的智能指针, 它指向一个 shared_ptr 管理的对象。进行该对象的内存管理的是那个强引用的 shared_ptr。weak_ptr只是提供了对管理对象的一个访问手段。weak_ptr 设计的目的是为配合 shared_ptr 而引入的一种智能指针来协助 shared_ptr 工作,它只可以从一个 shared_ptr 或另一个 weak_ptr 对象构造, 它的构造和析构不会引起引用记数的增加或减少。weak_ptr是用来解决shared_ptr相互引用时的死锁问题,如果说两个shared_ptr相互引用,那么这两个指针的引用计数永远不可能下降为0,资源永远不会释放。它是对对象的一种弱引用,不会增加对象的引用计数,和shared_ptr之间可以相互转化,shared_ptr可以直接赋值给它,它可以通过调用lock函数来获得shared_ptr。 class B;class A{public: shared_ptr<B> pb_; ~A(){ cout<<"A delete\n";}};class B{public: shared_ptr<A> pa_; ~B(){ cout<<"B delete\n";}};void fun(){ shared_ptr<B> pb(new B()); shared_ptr<A> pa(new A()); pb->pa_ = pa; pa->pb_ = pb; cout<<pb.use_count()<<endl; cout<<pa.use_count()<<endl;}int main(){ fun(); return 0;} 可以看到fun函数中pa ,pb之间互相引用,两个资源的引用计数为2,当要跳出函数时,智能指针pa,pb析构时两个资源引用计数会减一,但是两者引用计数还是为1,导致跳出函数时资源没有被释放(A B的析构函数没有被调用),如果把其中一个改为weak_ptr就可以了,我们把类A里面的shared_ptr pb_; 改为weak_ptr pb; 运行结果如下,这样的话,资源B的引用开始就只有1,当pb析构时,B的计数变为0,B得到释放,B释放的同时也会使A的计数减一,同时pa析构时使A的计数减一,那么A的计数为0,A得到释放。 注意:我们不能通过weak_ptr直接访问对象的方法,比如B对象中有一个方法print(),我们不能这样访问,pa->pb->print(); 英文pb是一个weak_ptr,应该先把它转化为shared_ptr,如:shared_ptr p = pa->pb_.lock(); p->print(); ----------1.5.6 weak_ptr 能不能知道对象计数为 0,为什么?参考回答: 不能。 weak_ptr是一种不控制对象生命周期的智能指针,它指向一个shared_ptr管理的对象。进行该对象管理的是那个引用的shared_ptr。weak_ptr只是提供了对管理 对象的一个访问手段。weak_ptr设计的目的只是为了配合shared_ptr而引入的一种智能指针,配合shared_ptr工作,它只可以从一个shared_ptr或者另一个weak_ptr对象构造,它的构造和析构不会引起计数的增加或减少。 --------1.5.7 weak_ptr 如何解决 shared_ptr 的循环引用问题? 参考回答: 为了解决循环引用导致的内存泄漏,引入了弱指针weak_ptr,weak_ptr的构造函数不会修改引用计数的值,从而不会对对象的内存进行管理,其类似一个普通指针,但是不会指向引用计数的共享内存,但是可以检测到所管理的对象是否已经被释放,从而避免非法访问。 ------------线程安全性 多线程环境下,调用不同shared_ptr实例的成员函数是不需要额外的同步手段的,即使这些shared_ptr拥有的是同样的对象。但是如果多线程访问(有写操作)同一个shared_ptr,则需要同步,否则就会有race condition 发生。也可以使用 shared_ptr overloads of atomic functions来防止race condition的发生。多个线程同时读同一个shared_ptr对象是线程安全的,但是如果是多个线程对同一个shared_ptr对象进行读和写,则需要加锁。 多线程读写shared_ptr所指向的同一个对象,不管是相同的shared_ptr对象,还是不同的shared_ptr对象,也需要加锁保护。例子如下: shared_ptr<long> global_instance = make_shared<long>(0);std::mutex g_i_mutex; void thread_fcn(){ //std::lock_guard<std::mutex> lock(g_i_mutex); //shared_ptr<long> local = global_instance; for(int i = 0; i < 100000000; i++) { *global_instance = *global_instance + 1; //*local = *local + 1; }} int main(int argc, char** argv){ thread thread1(thread_fcn); thread thread2(thread_fcn); thread1.join(); thread2.join(); cout << "*global_instance is " << *global_instance << endl; return 0;} 在线程函数thread_fcn的for循环中,2个线程同时对global_instance进行加1的操作。这就是典型的非线程安全的场景,最后的结果是未定的,运行结果如下: *global_instance is 197240539 如果使用的是每个线程的局部shared_ptr对象local,因为这些local指向相同的对象,因此结果也是未定的,运行结果如下: *global_instance is 160285803 因此,这种情况下必须加锁,将thread_fcn中的第一行代码的注释去掉之后,不管是使用global_instance,还是使用local,得到的结果都是: *global_instance is 200000000。 [考得全会][蒙的全对][面试必过][心想事成][成功上岸][offer+1][内推成功]
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