一尘不染

什么是智能指针,我应该什么时候使用它?

c++

什么是智能指针,我应该什么时候使用它?


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2022-02-12

共1个答案

一尘不染

更新

这个答案相当陈旧,因此描述了当时“好”的东西,即 Boost 库提供的智能指针。从 C++11 开始,标准库已经提供了足够多的智能指针类型,所以你应该倾向于使用std::unique_ptr,std::shared_ptrstd::weak_ptr.

还有std::auto_ptr。它非常像一个作用域指针,除了它还具有被复制的“特殊”危险能力——这也会意外地转移所有权。
它在 C11 中被弃用并在 C17 中被删除,所以你不应该使用它。

std::auto_ptr<MyObject> p1 (new MyObject());
std::auto_ptr<MyObject> p2 = p1; // Copy and transfer ownership. 
                                 // p1 gets set to empty!
p2->DoSomething(); // Works.
p1->DoSomething(); // Oh oh. Hopefully raises some NULL pointer exception.

旧答案

智能指针是包装“原始”(或“裸”)C++ 指针的类,用于管理所指向对象的生命周期。没有单一的智能指针类型,但它们都试图以实用的方式抽象原始指针。

智能指针应该优先于原始指针。如果你觉得你需要使用指针(首先考虑你是否真的这样做),你通常会想要使用智能指针,因为这可以缓解原始指针的许多问题,主要是忘记删除对象和内存泄漏。

使用原始指针,程序员必须在对象不再有用时显式销毁它。

// Need to create the object to achieve some goal
MyObject* ptr = new MyObject(); 
ptr->DoSomething(); // Use the object in some way
delete ptr; // Destroy the object. Done with it.
// Wait, what if DoSomething() raises an exception...?

相比之下,智能指针定义了关于何时销毁对象的策略。您仍然必须创建对象,但您不再需要担心销毁它。

SomeSmartPtr<MyObject> ptr(new MyObject());
ptr->DoSomething(); // Use the object in some way.

// Destruction of the object happens, depending 
// on the policy the smart pointer class uses.

// Destruction would happen even if DoSomething() 
// raises an exception

使用中最简单的策略涉及智能指针包装对象的范围,例如由boost::scoped_ptror实现std::unique_ptr

void f()
{
    {
       std::unique_ptr<MyObject> ptr(new MyObject());
       ptr->DoSomethingUseful();
    } // ptr goes out of scope -- 
      // the MyObject is automatically destroyed.

    // ptr->Oops(); // Compile error: "ptr" not defined
                    // since it is no longer in scope.
}

请注意,std::unique_ptr不能复制实例。这可以防止指针被多次(错误地)删除。但是,您可以将对它的引用传递给您调用的其他函数。

std::unique_ptr当您想将对象的生命周期与特定代码块联系起来时,或者如果您将其作为成员数据嵌入到另一个对象中,则 s 很有用,即另一个对象的生命周期。该对象一直存在,直到退出包含代码块,或者直到包含对象本身被销毁。

更复杂的智能指针策略涉及对指针的引用计数。这确实允许复制指针。当对象的最后一个“引用”被销毁时,该对象被删除。该政策由boost::shared_ptr和实施std::shared_ptr

void f()
{
    typedef std::shared_ptr<MyObject> MyObjectPtr; // nice short alias
    MyObjectPtr p1; // Empty

    {
        MyObjectPtr p2(new MyObject());
        // There is now one "reference" to the created object
        p1 = p2; // Copy the pointer.
        // There are now two references to the object.
    } // p2 is destroyed, leaving one reference to the object.
} // p1 is destroyed, leaving a reference count of zero. 
  // The object is deleted.

当对象的生命周期要复杂得多并且不直接绑定到特定代码部分或另一个对象时,引用计数指针非常有用。

引用计数指针有一个缺点——创建悬空引用的可能性:

// Create the smart pointer on the heap
MyObjectPtr* pp = new MyObjectPtr(new MyObject())
// Hmm, we forgot to destroy the smart pointer,
// because of that, the object is never destroyed!

另一种可能性是创建循环引用:

struct Owner {
   std::shared_ptr<Owner> other;
};

std::shared_ptr<Owner> p1 (new Owner());
std::shared_ptr<Owner> p2 (new Owner());
p1->other = p2; // p1 references p2
p2->other = p1; // p2 references p1

// Oops, the reference count of of p1 and p2 never goes to zero!
// The objects are never destroyed!

为了解决这个问题,Boost 和 C++11 都定义了 aweak_ptr来定义对 a 的弱(未计数)引用shared_ptr

2022-02-12