[3] 智能指针std::auto_ptr

时间:2023-02-15 16:17:51

【1】std::auto_ptr

对于编译器来说,智能指针实质是一个栈对象,而并非指针类型。

智能指针通过构造函数获取堆内存的管理所有权,而在其生命期结束时,再通过析构函数释放由它所管理的堆内存。

所有智能指针都重载了“operator->”操作符,直接返回对象的引用,用以操作对象。访问智能指针原来的方法则使用“.”操作符。

访问智能指针包含的裸指针则可以用get()函数。

由于智能指针是一个对象,所以if(spObject)永远为真。要判断智能指针的裸指针是否为空,需要这样判断:if(spObject.get())。

智能指针包含了reset()方法,如果不传递参数(或传递NULL),则智能指针会释放当前管理的内存。如果传递一个对象,则智能指针会释放当前对象,来管理新传入的对象。

【2】std::auto_ptr 示例及分析

<1>代码如下:

 #include<iostream>
#include<memory>
using namespace std; class Int
{
public:
Int(int nValue = )
{
m_nValue = nValue;
std::cout << "Constructor: " << m_nValue << std::endl;
}
~Int()
{
std::cout << "Destructor: " << m_nValue << std::endl;
}
void PrintValue()
{
std::cout << "PrintValue: " <<m_nValue<< std::endl;
}
void SetValue(int nSetValue)
{
m_nValue = nSetValue;
} private:
int m_nValue;
}; void TestAuto_Ptr1()
{
std::auto_ptr<Int> spInt(new Int()); // 创建对象
if (spInt.get()) // 判断智能指针是否为空
{
spInt->PrintValue(); // 使用operator->调用智能指针对象的函数
spInt.get()->SetValue(); // 使用get()返回裸指针,然后通过裸指针调用的成员函数
spInt->PrintValue(); // 再次打印,检验上步赋值成功
(*spInt).SetValue(); // 使用operator*返回智能指针内部对象,然后用“.”调用智能指针对象中的函数
spInt->PrintValue(); // 再次打印,表明上步赋值成功
}
//spInt栈对象结束生命期,随之析构堆对象Int(10),同时释放内存资源
} void main()
{
TestAuto_Ptr1();
} //执行结果如下:
/*
Constructor: 10
PrintValue: 10
PrintValue: 20
PrintValue: 30
Destructor: 30
*/

上面为一般情况下使用std::auto_ptr的代码示例,一切看似都蛮不错哈,说一千道一万,无论如何不用咱们再显式使用那该死的delete了。

但是,实际的使用中的情况要比这个复杂得多,也不选多么复杂的!眼下咱比如:智能指针的拷贝构造以及赋值构造等。请看以下分析。

<2> 添加测试函数2

代码以及注释如下:

 void TestAuto_Ptr2()
{
std::auto_ptr<Int> spInt(new Int());
if (spInt.get())
{
std::auto_ptr<Int> spInt2; // 创建一个新的spInt2对象
spInt2 = spInt; // 复制旧的spInt给spInt2
spInt2->PrintValue(); // 输出信息,复制成功
spInt->PrintValue(); // 崩溃
}
}

最终可以看到如上代码导致崩溃!居然崩溃了?什么原因导致崩溃呢?

在网上看到各种版本的解释。赵本山大叔有一句话:“你刨得不深,我要往祖坟上刨!”

跟进std::auto_ptr的源码,其赋值构造函数代码如下:

 //std::auto_ptr赋值构造函数

 _Myt& operator=(_Myt& _Right) _THROW0()
{ // assign compatible _Right (assume pointer)
reset(_Right.release());
return (*this);
} _Ty *release() _THROW0()
{ // return wrapped pointer and give up ownership
_Ty *_Tmp = _Myptr;
_Myptr = ;
return (_Tmp);
} void reset(_Ty *_Ptr = )
{ // destroy designated object and store new pointer
if (_Ptr != _Myptr)
delete _Myptr;
_Myptr = _Ptr;
}

三个函数,调用关系一目了然,执行结果很清晰:目标对象获取源对象所管理的内存所有权,同时把源对象置空。

通过上面的源码分析,我们可以看到: 崩溃的罪魁祸首是 spInt2 = spInt; 就这行代码,发生两个重要过程:

1> spInt2完全夺取了spInt的内存管理所有权;

2> 置spInt为空。

由于spInt已置为空,最后再使用必然导致崩溃。

细心的人估计看到了源码函数后面的那个关键字throw,关于这个关键字请参见随笔《函数后面加throw关键字

所以,使用std::auto_ptr时,绝对不能使用“operator=”操作符。

这也正所谓std::auto_ptr是支持毁坏式复制语义及RAII的智能指针的全部体现。

关于RAII惯用法,请参见随笔《RAII惯用法详解》。

好吧!再看一种实际使用的例子,代码如下:

 void TestAuto_Ptr3()
{
std::auto_ptr<Int> spInt3(new Int()); if (spInt3.get())
{
spInt3.release();
}
}

执行结果为:Constructor: 100

看到有什么异常了吗?没有输出“Destructor: 100”,那也就意味着我们创建出来的对象竟然没有被析构,这个可不科学!

上面我们才强调了std::auto_ptr是RAII的智能指针,这里没有析构对象是否导致内存泄漏呢?

当我们不想让spInt3继续生存下去时,第一反应应该是调用release()函数释放内存,结果却导致内存泄漏。

在内存受限系统中,假如spInt3占用太多内存,我们会考虑一旦使用完成后,立刻归还,而不是等到spInt3结束生命期后才归还。

由于上面已经有release()函数的实现源码,所以,这里的内存泄漏原因其实很明白,不再赘述。

那么正确的代码应该是怎样呢?根据上面的实际需求再不导致内存泄漏情况下,如下实现:

 void TestAuto_Ptr3()
{
std::auto_ptr<Int> spInt3(new Int());
if (spInt3.get())
{
Int* pInt = spInt3.release();
delete pInt;
}
}
//或
void TestAuto_Ptr3()
{
std::auto_ptr<Int> spInt3(new Int());
if (spInt3.get())
{
spInt3.reset(); // 释放spInt3内部管理的内存
}
}

<3> 总结:关于std::auto_ptr的使用,请注意以下几点:

(1)尽量不要使用“operator=”(如果使用了,请不要再使用先前对象)。

(2)记住release()函数不会释放对象,仅仅归还所有权。

(3)std::auto_ptr最好不要当成参数传递(读者可以自行写代码确定为什么不能)。

(4)由于std::auto_ptr的“operator=”问题,由其管理的对象不能放入std::vector等容器中。

(5)auto_ptr存储的指针应该为NULL或者指向动态分配的内存块。

(6)auto_ptr存储的指针应该指向单一物件(是new出来的,而不是new[]出来的)。

(7)两个auto_ptr对象不会同时指向同一块内存块(要明白两个auto_ptr对象赋值会发生什么)。

使用std::auto_ptr的局限性很大,可谓防不胜防。

Good Good Study, Day Day Up.

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