學習總結 boost智慧型指標

2021-09-26 19:38:54 字數 4476 閱讀 3328

為管理記憶體等資源,c++採取raii機制(資源獲取即初始化,resource acquisition is initialization),在使用資源的類的建構函式中申請資源並使用,最終在析構函式中釋放資源。使用new在堆上建立物件時,其析構函式不會自動呼叫,需要使用delete才能釋放資源,若因為異常導致程式未能執行delete,則存在記憶體洩露的問題。c++98標準中的「自動指標std::auto_ptr(c++11中廢棄,改用unique_ptr)部分解決了獲取資源自動釋放的問題。

boost.smart_ptr庫提供六種智慧型指標,包括socped_ptr、scoped_array、shared_ptr、shared_array、weak_ptr和intrusive_ptr。他們都是輕量級的物件,速度與原始指標相差無幾,都是異常安全的,而且對於所指向的型別t也僅有乙個很小且合理的要求:型別t的析構函式不能丟擲異常。

標頭檔案:#include

scoped_ptr

保證智慧型指標只能在本作用域中使用,擁有物件的唯一所有權,不可以複製。如果乙個類中有scoped_ptr成員變數,則該類也不可拷貝或賦值。

scoped_array

類似scoped_ptr,只不過包裝的是new[ ]操作符,不推薦使用

shared_ptr

實現了引用計數,可以拷貝或賦值,當引用計數為0時自動刪除動態分配的物件

shared_array

類似shared_ptr,但包裝的是new[ ]分配的動態陣列

weak_ptr

配合shared_ptr而引入,不具備普通指標的行為,作為shared_ptr擁有物件的非擁有觀察者

intrusive_ptr

引用計數型智慧型指標,可以包裝已有物件得到與shar_ptr類似的智慧型指標

scoped_ptr包裝了new操作符在堆上分配的動態物件,能夠保證動態建立的物件在任何時候都可以被正確地刪除,scoped_ptr獲取物件管理權後就不能再轉讓。

scoped_ptr的建構函式接受乙個型別為t*的指標p,建立出乙個scoped_ptr物件,並在內部儲存指標引數p。p必須是new表示式動態分配的結果,或者是乙個空指標(nullptr)。當scoped_ptr物件的生命期結束時,析構函式~scoped_ptr()會使用delete操作符自動銷毀所儲存的指標物件來正確**資源。拷貝建構函式和賦值操作符被宣告為私有的,禁止對智慧型指標的拷貝操作,保證了被它管理的指標不能被轉讓所有權。

scoped_ptr提供在bool語境(如if的條件表示式)中自動轉換成bool值的功能,用來測試scoped_ptr是否持有乙個有效的指標(非空),可以替代與空指標的比較操作(有限比較,僅能與空指標進行比較操作)。

#includeusing namespace boost;

struct posix_file

~posix_file()

}int main() //這裡scoped_array被自動析構,釋放動態陣列資源

shared_ptr是最像指標的」智慧型指標「,是boost.smart_ptr庫中最有價值、最重要、最有用的組成部分。他包裝了new操作符在堆上分配的動態物件,實現了引用計數,可以自由地拷貝和賦值,在任意地方進行共享。也可以安全地放到標準容器中,是在stl容器中儲存指標的最標準解法。

shared_ptr有多種形式的建構函式,應用於可能的情形:

reset()函式將shared_ptr的引用計數減1,停止對指標的共享,除非引用計數為0,否則不會發生刪除操作;帶引數的reset()類似相同形式的建構函式,原引用計數減1的同時改為管理另乙個指標。

unique()use_count()專門用來檢查引用計數,unique()在指標是唯一所有者時返回true,是可靠的,任何時候都可用;use_count()返回當前指標的引用計數,不提供高效率的操作。

shared_ptr支援比較運算,可以測試兩個shared_ptr的相等或不相等,比較基於內部儲存的指標,相當於a.get() == b.get();還可以使用operator《比較大小,但不提供除此外的比較操作符。

此外shared_ptr還支援流輸出操作符operator<< ,輸出內部的指標值,方便除錯。

class shared

void print()

工廠函式make_shared()可以接受若干引數,然後把它們傳遞給型別t的建構函式,建立乙個shared_ptr物件並返回。這要比直接建立shared_ptr物件的方式快且高效,因為內部僅分配了一次記憶體,消除了shared_ptr構造時的開銷。allocate_shared()與make_shared()相同,但多乙個定製的記憶體分配器型別引數。

auto sp = make_shared("make_shared");    //建立string的共享指標

auto spv = make_shared>(10,2); //建立vector的共享指標

shared_ptr應用於標準容器、應用於橋接模式、應用於工廠函式、定製刪除器.......

shared_array與shared_ptr基本相同,具有shared_ptr的優點和scoped_array的缺點,主要區別:

#includeusing namespace boost;

int main //離開作用域,自動刪除動態陣列

shared_array不提供陣列索引的範圍檢查,如果使用超過動態陣列大小的索引或負索引將引發未定義行為。

weak_ptr被設計與shared_ptr協同工作,可以從乙個shared_ptr或另乙個weak_ptr物件構造,獲得資源的觀察權,構造和析構不會引起指標引用計數的增加或減少。

use_count()可以觀測資源的引用計數,expired()的功能等價於use_count()==0,但更快,表示被觀測的資源不復存在。lock()從被觀測的shared_ptr獲得乙個可用的shared_ptr物件,把弱關係轉換為強關係,從而操作資源,當expired()==true時,lock()返回空指標的shared_ptr。

weak_ptr乙個重要用途是獲取this指標的shared_ptr,使物件能夠自己生產shared_ptr管理自己:物件使用weak_ptr觀測this指標,這並不影響引用計數,需要時呼叫lock()函式,返回乙個符合要求的shared_ptr供外界使用。成員函式shared_from_this()會返回this的shared_ptr。使用方法:

class self_shared : 

public enable_shared_from_this

int x;

void print()

};int main()

與enable_shared_from_this類似,但不要求物件必須被乙個shared_ptr管理,可以直接從乙個原始指標建立出shared_ptr。

#includeclass raw_shared : public boost::enable_shared_from_raw

~raw_shared()

};int main() //物件自動刪除

****現「迴圈引用」時,shared_ptr的引用機制會失效,導致不能正確析構釋放資源。使用weak_ptr在可能存在迴圈引用的地方打破迴圈,在需要shared_ptr的時候呼叫weak_ptr的lock()函式。

class node;

int main()

} //退出作用域,shared_ptr均正確析構

intrusive_ptr介面與shared_ptr很像,同樣支援比較和static_pointer_cast()、dynamic_pointer_cast()等轉型操作,但不直接管理引用計數,而是呼叫函式來間接管理:

void intrusive_ptr_add_ref(t *p);    //增加引用計數

void intrusive_ptr_release(t *p); //減少引用計數

intrusive_ptr建構函式和reset()多出乙個bool add_ref引數,表示是否增加引用計數,如果add_ref == true,那麼它就相當於weak_ptr,只是簡單地觀察物件。

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