深刻理解智能指针特性

文章目录RAII思想unique_ptr 独占型shared_ptr 共享型weak_ptr 弱引用型总结RAII思想RAII资源获取即初始化—把资源的生命周期绑定到栈上对象的生命周期栈上对象离开作用域就自动销毁了对象构造拿到资源对象析构释放资源资源的释放不再靠手动完成而是根据类的特性自动完成RAII管理的是资源不仅仅是内存常见的资源uniqe_ptr堆内存new/delete文件句柄fopen/fclose互斥锁lock/unlocksocket创建/关闭RAII可以保证异常安全例如#includeiostreamusingnamespacestd;classIntHolder{private:int*ptr;public:IntHolder(intvalue):ptr(newint(value)){cout构造申请资源\n;}~IntHolder(){cout析构释放资源\n;deleteptr;}};voidfunc(){IntHolderobj(100);throwruntime_error(出错);}intmain(){try{func();}catch(constexceptione){cout捕获到异常: e.what()endl;}return0;}obj是局部对象异常抛出后func()在栈展开过程中退出作用域局部对象会自动调用析构函数因此IntHolder能在析构中释放资源这就是 RAII 的异常安全性。unique_ptr 独占型unique_ptr是一种独占所有权的智能指针同一时刻只能有一个unique_ptr拥有这个资源对象析构自动释放资源—我独有不能拷贝可移动转移所有权例如unique_ptrint p1(new int(10));这个int归p1所有不允许p2也说这是我的因为如果两个指针都认为自己拥有释放权两边都去deleteDouble Free未定一行为这也是禁止拷贝允许移动转移所有权的本质还是只有一个指针独享资源的原因unique_ptr有哪些使用场景明确只有一个所有者的资源且需要自动释放树结构里父节点独占子节点容器保存的独占对象手撕一个独占型的智能指针#includeiostreamtemplatetypenameTclassUniquePtr{private:T*_ptr;public:// 构造获取资源UniquePtr(T*ptr):_ptr(ptr){}// 析构释放资源~UniquePtr(){if(_ptr)delete_ptr;}// 禁止拷贝、赋值重载UniquePtr(constUniquePtrother)delete;UniquePtroperator(constUniquePtrother)delete;// 移动构造_ptr - other._ptrUniquePtr(UniquePtrother):_ptr(other._ptr){other._ptrnullptr;}// 移动赋值我接收别人的所有权我先把我的资源扔了再接收被人的资源UniquePtroperator(UniquePtrother){if(this!other){if(_ptr)delete_ptr;_ptrother._ptr;other._ptrnullptr;}return*this;}// 指针行为// 解引用取到具体的值Toperator*()const{return*_ptr;}// 找地址取到地址T*operator-()const{return_ptr;}T*get()const{return_ptr;}};shared_ptr 共享型shared_ptr是一种共享所有权的智能指针允许有多个shared_ptr共同拥有同一块资源最后一个拥有者销毁时释放资源核心特点共享所有权允许有多个shared_ptr共同拥有同一块资源通过引用计数管理生命周期内部维护一个计数器记录当前有多少个shared_ptr正在拥有这块资源新拷贝-计数1新析构-计数-1计数减到0释放资源开销大于unique_ptr需要维护引用计数控制块多线程环境原子操作shared_ptr控制块shared_ptrintp1(newint(10));shared_ptrintp2p1;shared_ptrintp3p2;p1、p2、p3各自是不同对象但它们必须知道自己在管理的是同一块资源所以它们要共同指向同一个控制块控制块就是那个“共享管理中心”控制块核心组件强引用计数拥有资源的指针数量弱引用计数观察资源的指针数量shared_ptr工作流程创建时分配资源给指针创建控制块强引用计数初始化为1拷贝时新指针指向同一块资源和控制块强引用计数1析构时某个指针离开作用域强引用计数-1如果0释放资源否则不释放最后一个析构时强引用计数变为0删除真正的对象控制块是否释放取决于weak_ptrshared_ptr使用场景资源需要多方共享一个对象被多个模块使用回调要延迟对象存活时间谁最后结束不确定—说不清谁负责delete需要把资源生命周期交给最后一个使用者shared_ptr线程安全吗线程安全部分不同副本引用计数 --线程安全拷贝析构赋值重点是shared_ptr被按值捕获了每个线程操作的是自己的副本不同时修改同一个shared_ptr变量本体线程不安全部分对象内容并发修改产生数据竞争同一个shared_ptr变量并发修改存在竞争关系手撕shared_ptrtemplatetypenameTclassSharedPtr{private:T*_ptr;int*_cnt;// 放到堆上多个对象共享堆资源// 手动实现释放逻辑voidRelease(){if(0--(*_cnt)){delete_ptr;delete_cnt;}}public:// 构造获取资源计数SharedPtr(T*ptrnullptr):_ptr(ptr),_cnt(newint(1)){}// 析构直接调用Release~SharedPtr(){Release();}// 拷贝构造和赋值SharedPtr(constSharedPtrother):_ptr(other._ptr),_cnt(other._cnt){(*_cnt);}SharedPtroperator(constSharedPtrother){if(this!other){// other覆盖_ptrRelease();_ptrother._ptr;_cntother._cnt;(*_cnt);}return*this;}// 指针行为Toperator*()const{return*_ptr;}T*operator-()const{return_ptr;}T*get()const{return_ptr;}intcnt()const{return*_cnt;}};shared_ptr循环引用问题当多个对象彼此持有shared_ptr形成强引用环引用计数永远到不了0资源无法释放// 循环引用问题classB;classA{public:std::shared_ptrB_pb;};classB{public:std::shared_ptrA_pa;};intmain(){std::shared_ptrAa(newA());std::shared_ptrBb(newB());a-_pbb;b-_paa;return0;}此时a强持有bb强持有a成环了引用计数只能处理树状链式拥有关系不能处理环状拥有关系weak_ptr 弱引用型weak_ptr是一种弱引用智能指针它可以观察shared_ptr管理的对象但不拥有对象不增加强引用计数它的意义是我想知道对象还在不在想访问它但我不想因为我指着它它就一直存活// weak_ptr解决循环引用classB;classA{public:std::shared_ptrB_pb;};classB{public:std::weak_ptrA_pa;};intmain(){// A 强计数1 B 强计数1std::shared_ptrAa(newA());std::shared_ptrBb(newB());// B 强计数2a-_pbb;// b赋给_pb了_pb是sharedB的强计数1// A 强计数1 弱计数1b-_paa;// a赋给_pa了_pa是weakA的强计数不变return0;}环里至少有一条边不能是强引用总结RAII 是把资源生命周期绑定到对象生命周期上依赖析构自动释放资源。unique_ptr表达独占所有权不能拷贝只能移动。shared_ptr表达共享所有权底层依赖控制块和强引用计数。循环引用的本质是强引用环导致计数无法归零。weak_ptr不拥有对象、不增加强计数通过lock()安全访问对象。