智能指针 shared_ptr
shared_ptr: shared_ptr是一个最像指针的"智能指针". shared_ptr与scoped_ptr一样包装了new操作符在堆上分配的动态对象,但它实现的是引用计数型的智能指针,可以被自由的拷贝和赋值,在任意的地方共享它,当没有代码使用(引用计数为0)它时才能删除被包装的动态分配的对象。shared_ptr也可以安全地放到标准容器中,并弥补了auto_ptr因为转移语义而
shared_ptr:
shared_ptr是一个最像指针的"智能指针".
shared_ptr与scoped_ptr一样包装了new操作符在堆上分配的动态对象,但它实现的是引用计数型的智能指针,可以被自由的拷贝和赋值,在任意的地方共享它,当没有代码使用(引用计数为0)它时才能删除被包装的动态分配的对象。shared_ptr也可以安全地放到标准容器中,并弥补了auto_ptr因为转移语义而不能把指针做为STL容器元素的缺陷。
操作函数:
与scoped_ptr相同特征:
shared_ptr与scoped_ptr同样是用于管理new动态分配对象的智能指针,因此功能上有很多相似之处,它们都重载了*和->操作符以模仿原始指针的行为,提供隐式bool类型转换以判断指针的有效性,get()可以得到原始指针,并且没有提供指针算术操作。
与scoped_ptr不同特征:
shared_ptr可以被安全共享的,它是一个全功能的类,有着正常的拷贝,赋值语义,也可以进行shared_ptr间的比较,是“最智能”的智能指针。
shared_ptr有多种形式的构造函数,应用于各种可能的情形:
【1】无参数的shared_ptr()创建一个持有空指针的shared_ptr;
【2】shared_ptr(Y *p)获得指向类型T的指针p的管理权,同时引用计数置为1,这个构造函数要求T类型必须能够转换为T类型。
【3】shared_ptr(shared_ptr const & r)从另外一个shared_ptr获得指针的管理权,同时引用计数加1,结果是两个shared_ptr共享一个指针的管理权。
【4】shared_ptr(std::auto_ptr<Y> & r)从一个auto_ptr获得指针的管理权,引用计数置为1,同时auto_ptr自动失去管理权。
【5】operator= 赋值操作符可以从另外一个shared_ptr或auto_ptr获得指针的管理权,其行为同构造函数;
【6】shared_ptr(Y *p,D d)行为类似shared_ptr(Y *p),但使用参数d指定了析构时的定制删除器,而不是简单的delete。
shared_ptr的reset()函数的行为与scoped_ptr也不尽相同,它的作用是将引用计数减1,停止对指针的共享,除非引用计数为0,否则不会发送删除操作,带参数的reset()则类似相同形式的构造函数,原指针引用计数减1的同时改为管理另一个指针。
shared_ptr有两个专门的函数来检查引用计数,unique()在shared_ptr是指针的唯一所有者时返回true(这时shared_ptr的行为类似auto_ptr或者scoped_ptr),use_count()返回当前指针的引用计数,要小心,use_count()应该仅仅用于测试或者调试,它不提供高效率的操作,而且有的时候可能是不可用的(少数情形)。而unique()则是可靠的,任何时候都可用,而且比use_count()==1速度更快.
shared_ptr还支持比较运算,可用测试两个shared_ptr的相等或不相等,比较基于内部保存的指针,相当于a.get() == b.get().shared_ptr还可以使用operator<比较大小,同样基于内部保存的指针,但不提供除operator<以外的比较操作符,这使得shared_ptr可以被用于标准关联容器(set和map);
在编写基于虚函数的多态代码时指针的类型转换很有用,比如把一个基类指针转型为一个子类指针或者反过来,但对于shared_ptr不能使用诸如static_cast<T*>(p.get())的形式,这将导致转型后的指针无法再被shared_ptr正确管理,为了支持这样的用法,shared_ptr提供了类似的转型函数static_pointer_cast<T>(),const_pointer_cast<T>()和dynamic_pointer_cast<T>(),它们与标准的转型操作符static_cast<T>,const_cast<T>和dynamic_cast<T>类似,但返回的是转型后的shared_ptr.
shared_ptr还支持流输出操作符operator<<,输出内部的指针的值,方便调试。
用法:
shared_ptr也提供基本的线程安全保证,一个shared_ptr可以被多个线程安全读取,但其他的访问形式结果是未定义的.
工厂函数:
shared_ptr在头文件<boost/make_shared.hpp>中提供了一个自由工厂函数(位于boost名字空间)make_shared<T>(),在消除显式的new调用,它的名字模仿了标准库的make_pair();
template<class T, class... Args>
shared_ptr<T> make_shared(Args && ... args);
make_shared()函数可以接受最多10个参数,然后把它们传递给类型T的构造函数,创建一个shared_ptr<T>的对象并返回。make_shared()函数要比直接创建shared_ptr对象方式快且高效,因为它的内部仅分配一次内存,消除了shared_ptr构造时的开销.
代码示范:
#include <iostream>
#include <vector>
#include <boost/make_shared.hpp>
using namespace boost;
using namespace std;
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
shared_ptr<string> sp = make_shared<string>("make_shared");//创建string的共享指针
shared_ptr<vector<int>> spv = make_shared<vector<int>>(10,2);//创建vector的共享指针
assert(spv->size() == 10);
return 0;
}
除了make_shared(),smart_ptr库还提供了一个allocate_shared(),它比make_shared()多接受一个定制的内存分配器类型参数.
应用于标准容器:
有两种方式可以将shared_ptr应用于标准容器(或者容器适配器等其他容器).
一种用法是将容器作为shared_ptr管理对象,如shared_ptr<list<T>>,使容器可以被安全的共享,用法与普通shared_ptr没有区别。
另一种用法是将shared_ptr作为容器的元素,如vector<shared_ptr<T>>,因为shared_ptr支持拷贝语义和比较操作,符合标准容器对元素的要求,所以可以实现在容器中安全的容纳元素的指针而不是拷贝。
标准容器不能容纳auto_ptr,这是c++标准特别规定的。
标准容器不能容纳scoped_ptr,因为scoped_ptr不能拷贝和赋值
标准容器可以容纳原始指针,但这就丧失了容器的许多好处,因为标准容器无法自动管理类型为指针的元素,必须编写额外的大量代码来保证指针最终被正确删除
存储shared_ptr的容器与存储原始指针的容器功能几乎一样,但shared_ptr为程序员做了指针的管理工作,可以任意使用shared_ptr而不用担心资源泄露.
代码示范:
#include <iostream>
#include <vector>
#include <boost/make_shared.hpp>
using namespace boost;
using namespace std;
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
typedef vector<shared_ptr<int>> vs;//一个特有shared_ptr的标准容器类型
vs v(10); //声明一个拥有10个元素的容器,元素被
//初始化为空指针
int i = 0;
for (vs::iterator pos = v.begin();pos != v.end(); ++pos)
{
(*pos) = make_shared<int>(++i);//使用工厂函数赋值
cout <<*(*pos) << ",";
}
cout <<endl;
shared_ptr<int> p = v[9];
*p = 100;
cout<< *v[9] <<endl;
return 0;
}
桥接模式:
桥接模式(bridge)是一种结构型设计模式,它把类的具体实现细节对用户隐藏起来,以达到类之间的最小耦合关系。在具体编程实践中桥接模式也被称为pimpl或者handle/body惯用法,它可以将头文件的依赖关系将到最小,减少编译时间,而且可以不使用虚函数实现多态.
应用于工厂模式:
工程模式是一种创建型设计模式,这个模式包装了new操作符的使用,使对象的创建工作集中在工厂类或者工厂函数中,从而更容易适应变化,make_shared()就是工厂模式的一个很好的例子。
定制删除器:
shared_ptr(Y *p, D d)的第一个参数是要被管理的指针,它的含义与其他构造函数的参数相同,而第二个删除器参数d则告诉shared_ptr在析构时不是使用delete在操作指针p,而要用d来操作,即把delete p 换成d(p);
在这里删除器d可以是一个函数对象,也可以是一个函数指针,只要它能够像函数那样被调用,使得d(p)成立即可。对删除器的要求是它必须是可拷贝的,行为必须也像delete那样,不能抛出异常。
有了删除器的概念,就可以用shared_ptr实现管理任意资源,只要这种资源提供了它自己的释放操作,shared_ptr就能够保证自动释放。
shared_ptr的删除器在处理某些特殊资源时非常有用,它使得用户可以定制,扩展shared_ptr的行为,使shared_ptr不仅仅能够管理内存资源,而是成为一个"万能"的资源管理工具.
高级议题:
shared_ptr<void>
shared_ptr<void>能够存储void*型的指针,而void*型指针可以指向任意类型,因此shared_ptr<void>就像是一个泛型的指针容器,拥有容纳任意类型的能力。
删除器的高级用法:
基于shared_ptr<void>和定制删除器,shared_ptr可以有更惊人的用法。由于空指针可以使任何指针类型,因此shared_ptr<void>还可以实现退出作用域时调用任意函数,例如:
void any_func(void* p)//一个可执行任意功能的函数
{
cout << "some operate" <<endl;
}
int main()
{
shared_ptr<void> p((void*)0,any_func);//容纳空指针,定制删除器
//退出作用域时将执行any_func()
}
shared_ptr<void>存储了一个空指针,并指定了删除器是操作void*的一个函数,因此当它析构时会自动调用函数any_func(),从而执行任意我们想做的工作。
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