C++11 智能指针的使⽤及其原理

#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;
struct Date
{int _year;int _month;int _day;Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1):_year(year), _month(month), _day(day){}~Date(){cout << "~Date()" << endl;}
};
int main()
{auto_ptr<Date> ap1(new Date);// 拷⻉时，管理权限转移，被拷⻉对象ap1悬空auto_ptr<Date> ap2(ap1);// 空指针访问error，ap1对象已经悬空//ap1->_year++;unique_ptr<Date> up1(new Date);// 不⽀持拷⻉//unique_ptr<Date> up2(up1);// ⽀持移动，但是移动后up1也悬空，所以使⽤移动要谨慎unique_ptr<Date> up3(move(up1));shared_ptr<Date> sp1(new Date);// ⽀持拷⻉shared_ptr<Date> sp2(sp1);shared_ptr<Date> sp3(sp2);//引用计数cout << sp1.use_count() << endl;sp1->_year++;cout << sp1->_year << endl;cout << sp2->_year << endl;cout << sp3->_year << endl;// ⽀持移动，但是移动后sp1也悬空，所以使⽤移动要谨慎shared_ptr<Date> sp4(move(sp1));return 0;
}

unique_ptr定制删除器 建议仿函数 ；shared_ptr定制删除器 都可以 相对建议lambda

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;
struct Date
{int _year;int _month;int _day;Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1):_year(year), _month(month), _day(day){}~Date(){cout << "~Date()" << endl;}
};
template<class T>
void DeleteArrayFunc(T* ptr)
{delete[] ptr;
}template<class T>
class DeleteArray
{
public:void operator()(T* ptr){delete[] ptr;}
};
class Fclose
{
public:void operator()(FILE* ptr){cout << "fclose:" << ptr << endl;fclose(ptr);}
};
int main()
{// 这样实现程序会崩溃// unique_ptr<Date> up1(new Date[10]);// shared_ptr<Date> sp1(new Date[10]);// 解决⽅案1// 因为new[]经常使⽤，所以unique_ptr和shared_ptr// 实现了⼀个特化版本，这个特化版本析构时⽤的delete[]unique_ptr<Date[]> up1(new Date[5]);shared_ptr<Date[]> sp1(new Date[5]);// 解决⽅案2// 仿函数对象做删除器// unique_ptr<Date, DeleteArray<Date>> up2(new Date[5], DeleteArray<Date>());// unique_ptr和shared_ptr⽀持删除器的⽅式有所不同// unique_ptr是在类模板参数⽀持的，shared_ptr是构造函数参数⽀持的// 这⾥没有使⽤相同的⽅式还是挺坑的// 使⽤仿函数unique_ptr可以不在构造函数传递，因为仿函数类型构造的对象直接就可以调⽤// 但是下⾯的函数指针和lambda的类型不可以unique_ptr<Date, DeleteArray<Date>> up2(new Date[5]);shared_ptr<Date> sp2(new Date[5], DeleteArray<Date>());// 函数指针做删除器unique_ptr<Date, void(*)(Date*)> up3(new Date[5], DeleteArrayFunc<Date>);shared_ptr<Date> sp3(new Date[5], DeleteArrayFunc<Date>);// lambda表达式做删除器auto delArrOBJ = [](Date* ptr) {delete[] ptr; };//decltype与auto关键字一样，用于进行编译时类型推导,//总是以一个普通表达式作为参数，返回该表达式的类型,//而且decltype并不会对表达式进行求值unique_ptr<Date, decltype(delArrOBJ)> up4(new Date[5], delArrOBJ);shared_ptr<Date> sp4(new Date[5], delArrOBJ);// 实现其他资源管理的删除器shared_ptr<FILE> sp5(fopen("Test.cpp", "r"), Fclose());shared_ptr<FILE> sp6(fopen("Test.cpp", "r"), [](FILE* ptr) {cout << "fclose:" << ptr << endl;fclose(ptr);});return 0;
}

int main()
{shared_ptr<Date> sp1(new Date(2024, 9, 11));shared_ptr<Date> sp2 = make_shared<Date>(2024, 9, 11);auto sp3 = make_shared<Date>(2024, 9, 11);shared_ptr<Date> sp4;// if (sp1.operator bool())if (sp1)cout << "sp1 is not nullptr" << endl;if (!sp4)cout << "sp1 is nullptr" << endl;//shared_ptr 和 unique_ptr 都得构造函数都使⽤explicit修饰//防⽌普通指针隐式类型转换成智能指针对象//不存在从"Date*"转换到"std:shared_ptr<Date>"的适当构造函数//报错shared_ptr<Date> sp5 = new Date(2024, 9, 11);//不存在从"Date*"转换到"std:unique_ptr<Date,std::default_delete < Date >> "的适当构造函数unique_ptr<Date> sp6 = new Date(2024, 9, 11);return 0;
}

4. 智能指针的原理

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include<iostream>
#include<memory>
#include<functional>
#include<atomic>
using namespace std;
struct Date
{int _year;int _month;int _day;Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1):_year(year), _month(month), _day(day){}~Date(){cout << "~Date()" << endl;}
};
namespace sy
{template<class T>class auto_ptr{public:auto_ptr(T* ptr):_ptr(ptr){}//p2(p1)//拷⻉时把被拷⻉对象的资源的管理权转移给拷⻉对象auto_ptr(auto_ptr<T>& sp):_ptr(sp._ptr){// 管理权转移sp._ptr = nullptr;}// p1 = p2;auto_ptr<T>& operator=(auto_ptr<T>& ap){// 检测是否为⾃⼰给⾃⼰赋值if (this != &ap){// 释放当前对象中资源if (_ptr)delete _ptr;// 转移ap中资源到当前对象中_ptr = ap._ptr;ap._ptr = NULL;}return *this;}~auto_ptr(){if (_ptr){cout << "delete:" << _ptr << endl;delete _ptr;}}// 像指针⼀样使⽤T& operator*(){return *_ptr;}T* operator->(){return _ptr;}private:T* _ptr;};template<class T>class unique_ptr{public://explicit 防⽌普通指针隐式类型转换成智能指针对象explicit unique_ptr(T* ptr):_ptr(ptr){}~unique_ptr() {if (_ptr){cout << "delete:" << _ptr << endl;delete _ptr;}}// 像指针⼀样使⽤T& operator*(){return *_ptr;}T* operator->(){return _ptr;}//不⽀持拷⻉，只⽀持移动unique_ptr(const unique_ptr<T>& sp) = delete;unique_ptr<T>& operator=(const unique_ptr<T>& sp) = delete;unique_ptr(unique_ptr<T>&& sp):_ptr(sp._ptr){sp._ptr = nullptr;}unique_ptr<T>& operator=(unique_ptr<T>&& sp){delete _ptr;_ptr = sp._ptr;sp._ptr = nullptr;}private:T* _ptr;};template<class T>class shared_ptr{public:explicit shared_ptr(T* ptr = nullptr): _ptr(ptr), _pcount(new atomic<int>(1)){}//删除器template<class D>shared_ptr(T* ptr, D del): _ptr(ptr), _pcount(new atomic<int>(1)), _del(del){}//⽀持拷⻉，也⽀持移动shared_ptr(const shared_ptr<T>& sp):_ptr(sp._ptr), _pcount(sp._pcount), _del(sp._del){++(*_pcount);}void release(){if (--(*_pcount) == 0){// 最后⼀个管理的对象，释放资源_del(_ptr);delete _pcount;_ptr = nullptr;_pcount = nullptr;}}shared_ptr<T>& operator=(const shared_ptr<T>& sp){if (_ptr != sp._ptr){release();_ptr = sp._ptr;_pcount = sp._pcount;++(*_pcount);_del = sp._del;}return *this;}~shared_ptr(){release();}T* get() const{return _ptr;}int use_count() const{return *_pcount;}T& operator*(){return *_ptr;}T* operator->(){return _ptr;}private:T* _ptr;//int* _pcount;atomic<int>* _pcount; // 原子操作function<void(T*)> _del = [](T* ptr) {delete ptr; }; };template<class T>class weak_ptr{public:weak_ptr(){}weak_ptr(const shared_ptr<T>& sp):_ptr(sp.get()){}weak_ptr<T>& operator=(const shared_ptr<T>& sp){_ptr = sp.get();return *this;}private:T * _ptr = nullptr;};
}int main()
{sy::auto_ptr<Date> ap1(new Date);// 拷⻉时，管理权限转移，被拷⻉对象ap1悬空sy::auto_ptr<Date> ap2(ap1);// 空指针访问，ap1对象已经悬空 error//ap1->_year++;sy::unique_ptr<Date> up1(new Date);// 不⽀持拷⻉//unique_ptr<Date> up2(up1);// ⽀持移动，但是移动后up1也悬空，所以使⽤移动要谨慎sy::unique_ptr<Date> up3(move(up1));sy::shared_ptr<Date> sp1(new Date);// ⽀持拷⻉ 也支持移动sy::shared_ptr<Date> sp2(sp1);sy::shared_ptr<Date> sp3(sp2);cout << sp1.use_count() << endl;sp1->_year++;cout << sp1->_year << endl;cout << sp2->_year << endl;cout << sp3->_year << endl;return 0;
}

5. shared_ptr和weak_ptr

5.1 shared_ptr循环引⽤问题

3. 左边节点什么时候释放呢，左边节点由右边节点中的_prev管着呢，_prev析构后，左边的节点就释放了。

4. _prev什么时候析构呢，_prev是右边节点的成员，右边节点释放，_prev就析构了。

• ⾄此逻辑上成功形成回旋镖似的循环引⽤，谁都不会释放就形成了循环引⽤，导致内存泄漏。

• 把ListNode结构体中的_next和_prev改成weak_ptr，weak_ptr绑定到shared_ptr时不会增加它的引⽤计数，_next和_prev不参与资源释放管理逻辑，就成功打破了循环引⽤，解决了这⾥的问题。

weak_ptr是专⻔绑定shared_ptr，不增加它的引⽤计数，作为⼀些场景的辅助管理。

struct ListNode
{int _data;/*std::shared_ptr<ListNode> _next;std::shared_ptr<ListNode> _prev;*/// 这⾥改成weak_ptr，当n1->_next = n2;绑定shared_ptr时// 不增加n2的引⽤计数，不参与资源释放的管理，就不会形成循环引⽤了std::weak_ptr<ListNode> _next;std::weak_ptr<ListNode> _prev;~ListNode(){cout << "~ListNode()" << endl;}
};
int main()
{// 循环引⽤ -- 内存泄露std::shared_ptr<ListNode> n1(new ListNode);std::shared_ptr<ListNode> n2(new ListNode);cout << n1.use_count() << endl;cout << n2.use_count() << endl;n1->_next = n2;n2->_prev = n1;cout << n1.use_count() << endl;cout << n2.use_count() << endl;// weak_ptr不⽀持管理资源，不⽀持RAII// weak_ptr是专⻔绑定shared_ptr，不增加他的引⽤计数，作为⼀些场景的辅助管理//std::weak_ptr<ListNode> wp(new ListNode);return 0;
}

5.2 weak_ptr

//过期为非0 1
int main()
{std::shared_ptr<string> sp1(new string("111111"));std::shared_ptr<string> sp2(sp1);std::weak_ptr<string> wp = sp1;cout << wp.expired() << endl;cout << wp.use_count() << endl;// sp1和sp2都指向了其他资源，则weak_ptr就过期了sp1 = make_shared<string>("222222");cout << wp.expired() << endl;cout << wp.use_count() << endl;sp2 = make_shared<string>("333333");cout << wp.expired() << endl;cout << wp.use_count() << endl;wp = sp1;//std::shared_ptr<string> sp3 = wp.lock();auto sp3 = wp.lock();cout << wp.expired() << endl;cout << wp.use_count() << endl;*sp3 += "###";cout << *sp1 << endl;return 0;
}

6. shared_ptr的线程安全问题

#include<thread>
#include<mutex>
struct AA
{int _a1 = 0;int _a2 = 0;~AA(){cout << "~AA()" << endl;}
};
int main()
{sy::shared_ptr<AA> p(new AA);const size_t n = 100000;mutex mtx;auto func = [&](){for (size_t i = 0; i < n; ++i){// 这⾥智能指针拷⻉会++计数sy::shared_ptr<AA> copy(p);{unique_lock<mutex> lk(mtx);copy->_a1++;copy->_a2++;}}};thread t1(func);thread t2(func);t1.join();t2.join();cout << p->_a1 << endl;cout << p->_a2 << endl;cout << p.use_count() << endl;return 0;
}

int main()
{// 申请⼀个1G未释放，这个程序多次运⾏也没啥危害// 因为程序⻢上就结束，进程结束各种资源也就回收了char* ptr = new char[1024 * 1024 * 1024];cout << (void*)ptr << endl;return 0;
}