C++智能指针管理类

时间：2023-03-09 07:50:17
C++智能指针管理类

1.程序员明确的进行内存释放

对于c++程序员，最头脑的莫过于对动态分配的内存进行管理了。c++在堆上分配的内存，需要程序员负责对分配的内存进行释放。但有时内存的释放看起来并不件很轻松的事，如下程序

void func()
{
    int *p = new int(0);
    if(一些判断)
    {
        return;
    }
    p = new int(1);
    delete p;
}

这个函数没有任何意义，只为说明问题。func函数至少有三处问题。1.一旦if的判断条件成立，就会立马执行返回语句。此时p所指向的内存将无法释放(这个新手一般都会犯的错误)。2. p = new int(1);语句，没有将原来分配在堆上的内存释放，造成原来那块内存永远不可能释放直到程序结束。3.这个问题并不是那么明显，假设func()函数的代码很长。

void func()
{
    int *p = new int(0);
    ...
    delete p;
}

在int *p = new int(0)和delete p之间有大量代码，而这中间的代码可能有代码已经执行过delete p，并且没有把p置0。此时p为悬挂指针。后面再执行delete p就会造成运行时错误。

2.一个类似于boost shared_ptr的智能指针管理类

下面是参照c++ primer及effective c++自己写的一个智能指针管理类。使用SmartPtr，就不再需要关心内存的释放问题了。

#ifndef SMARTPTR_INCLUDE_H
#define SMARTPTR_INCLUDE_H
#include <iostream>
using namespace std;
namespace commutil
{
    template<typename T>
    class SmartPtr
    {
    public:
        SmartPtr(T *p = 0);
        SmartPtr(const SmartPtr &);
        SmartPtr &operator=(const SmartPtr &);
        ~SmartPtr();
        T &operator *();
        T *operator ->();
    private:
        void decreaseRef();
        T *m_p;
        int *m_useCnt;
    };
    template<typename T>
    SmartPtr<T>::SmartPtr(T *p=0):m_p(p)
    {
        //调用此构造函数时，默认引用数为1
        m_useCnt = new int(1);
    }

    template<typename T>
    SmartPtr<T>::SmartPtr(const SmartPtr &rhs)
    {
        //使用复制构造函数，创建新的对象，引用数加1
        this->m_p = rhs.m_p;
        this->m_useCnt = rhs.m_useCnt;
        (*m_useCnt)++;
    }

    template<typename T>
    SmartPtr<T>::~SmartPtr()
    {
        decreaseRef();
    }

    template<typename T>
    void SmartPtr<T>::decreaseRef()
    {
        if(--(*m_useCnt)==0)
        {//当引用数为0时，释放heap内存
            delete m_useCnt;
            delete m_p;
        }
    }

    template<typename T>
    T &SmartPtr<T>::operator *()
    {
        //重载解引用符
        return *m_p;
    }

    template<typename T>
    T *SmartPtr<T>::operator ->()
    {
        //重载 ->运算符，返回真实的对象指针
        return m_p;
    }

    template<typename T>
    SmartPtr<T> &SmartPtr<T>::operator=(const SmartPtr &anotherPtr)
    {
        if(this==&anotherPtr)
        {//防止自赋值
            return *this;
        }
        //使用赋值运算符，原来所指对象的引用数减1。
        decreaseRef();
        m_p = anotherPtr.m_p;
        m_useCnt = anotherPtr.m_useCnt;
        ++*m_useCnt;//指向新的对象，所指对象引用数加1
        return *this;
    }
}
#endif

3.使用SmartPtr的案例分析


3.1第一个SmartPtr的实例

void func()
{
    SmartPtr<int> autoPtr(new int(1));
}

在func中，定义了SmartPtr的一个对象autoPtr，并用new int(1)在堆上分配一块内存，将分配的内存首地址传给SmartPtr的构造函数。此时autoPtr的m_useCnt的值为1。当func执行完成时，autoPtr对象超出其作用域，调用autoPtr的析构函数。在析构函数中调用私有的decreaseRef()函数，在decreaseRef()中将autoPtr的m_useCnt所内存值减1;此时m_useCnt所指内存值为0，执行delete
m_useCnt;delete m_p;。至此在创建autoPtr对象时动态分配的内存被释放。

3.2带有return语句的SmartPtr

void func()
{
    SmartPtr<int> autoPtr(new int(1));
    if(判断条件)
    {
        return;
    }
}

func()函数中的if判断条件成立时，执行return;语句后，autoPtr超出其作用范围，内存释放。分析见3.1


3.3 SmartPtr对象管理新的SmartPtr对象

    SmartPtr<int> autoPtr1(new int(0));
    SmartPtr<int> autoPtr2(new int(1));
    autoPtr1 = autoPtr2;

执行autoPtr1 = autoPtr2，由于SmartPtr类重载了赋值运算符。实际执行的是SmartPtr的operator=()函数，在上面这个赋值语句中，先autoPtr1的m_useCnt所指内存值减1。此时m_useCnt所指内存值变为0，执行m_p所指内存释放。使用SmartPtr解决了1中所提的第二个问题。并且所有内存管理与释放工作都由SmartPtr进行，程序员不需要再关心什么时候进行内存释放。

3.4SmartPtr共享对象资源

与auto_ptr不同，SmartPtr使用引用计数机制保证多个SmartPtr对象可以管理同一个对象资源

void func()
{
    SmartPtr<int> autoPtr1(new int(0));
    SmartPtr<int> autoPtr2(autoPtr1);
}

执行SmartPtr autoPtr2(autoPtr1)调用SmartPtr的拷贝构造函数，在拷贝构造函数中将autoPtr2的m_useCnt及m_p分别指向autoPtr1所指向的内存，再将m_useCnt的引用数加1。func()函数结束时，两次调用SmartPtr的析构函数，两次析构函数后引用数为0，删除m_useCnt，m_p所指内存。

3.5SmartPtr访问类成员函数

class A
{
public:
    void print()
    {
        cout<<"A"<<endl;
    }
};

void func()
{
    A *obj = new A();
    obj->print();
    delete obj;
}

SmartPtr重载了->运算符，可以将SmartPtr对象像指针一样访问成员函数。

void func()
{
    SmartPtr<A> autoPtr(new A());
    autoPtr->print();
}

4.小结

SmartPtr类实现了内存对象”自管理”，使用SmartPtr程序员不再需要关心动态内存的释放问题。与shared_ptr不同，SmartPtr类只能管理指针类型的资源，并且SmartPtr不支持自定义的资源释放函数。

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