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C++帶有指針成員的類處理方式詳解

發布時間：2020-10-14 05:30:31 來源：腳本之家 閱讀：181 作者：^~~^ 欄目：編程語言

在一個類中，如果類沒有指針成員，一切方便，因為默認合成的析構函數會自動處理所有的內存。但是如果一個類帶了指針成員，那么需要我們自己來寫一個析構函數來管理內存。在<<c++ primer>> 中寫到，如果一個類需要我們自己寫析構函數，那么這個類，也會需要我們自己寫拷貝構造函數和拷貝賦值函數。

析構函數：

我們這里定義一個類HasPtr，這個類中包含一個int 類型的指針。然后定義一個析構函數，這個函數打印一句話。

HasPtr.h 類的頭文件

#pragma once
#ifndef __HASPTR__
#define __HASPTR__

class HasPtr
{
public:
 HasPtr(int i,int *p);
 //HasPtr& operator=(HasPtr&);
 //HasPtr(const HasPtr&);
 ~HasPtr();
 int get_ptr_value();
 void set_ptr_value(int *p);
 int get_val();
 void set_val(int v);
private:
 int val;
 int *ptr;
};

#endif // !__HASPTR__

HasPtr.cpp 類的實現

#include "stdafx.h"

#include <iostream>
#include "HasPtr.h"

using namespace std;

HasPtr::HasPtr(int i, int *p)
{
 val = i;
 ptr = p;
}

int HasPtr::get_ptr_value()
{
 return *ptr;
}

void HasPtr::set_ptr_value(int *p)
{
 ptr = p;
}

int HasPtr::get_val()
{
 return val;
}

void HasPtr::set_val(int v)
{
 val = v;
}

HasPtr::~HasPtr()
{
 cout << "destructor of HasPtr " << endl;
}

ClassWithPointer 類，包含main入口，HasPtr在stack上。

// ClassWithPointer.cpp : 定義控制臺應用程序的入口點。
//

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include "HasPtr.h"
using namespace std;

int main()
{
 int temp = 100;
 HasPtr ptr(2,&temp);
 cout << ptr.get_ptr_value() << endl;
 cout << ptr.get_val() << endl;
 system("PAUSE");
 system("PAUSE");
 return 0;
}

執行該入口方法，發現最后還是打印了析構函數這句話，OK，在main 方法中，stack上定義了一個HasPtr，在main方法退出前，析構函數自動調用了。

如果將HasPtr改為動態對象，也就是放在堆上呢？

ClassWithPointer 類，包含main入口，HasPtr在heap上。

// ClassWithPointer.cpp : 定義控制臺應用程序的入口點。
//

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include "HasPtr.h"
using namespace std;

int main()
{
 int temp = 100;
 //HasPtr ptr(2,&temp);
 HasPtr *ptr = new HasPtr(2,&temp);
 cout << ptr->get_ptr_value() << endl;
 cout << ptr->get_val() << endl;
 system("PAUSE");
 return 0;
}

執行一下，發現析構函數沒有調用。OK，我們在return 0前面添加一個delete ptr; 析構函數執行了。

所以，這里有兩個結論：

  • 當一個對象在stack 上時，析構函數自動調用。
  • 當一個對象在heap上時，需要調用delete 語句，析構函數才會被執行。

現在在析構函數中調用delete 語句來刪除指針成員。

頭文件不變，HasPtr.cpp 文件代碼如下：

 #include "stdafx.h"

#include <iostream>
#include "HasPtr.h"

using namespace std;

HasPtr::HasPtr(int i, int *p)
{
 val = i;
 ptr = p;
}

int HasPtr::get_ptr_value()
{
 return *ptr;
}

void HasPtr::set_ptr_value(int *p)
{
 ptr = p;
}

int HasPtr::get_val()
{
 return val;
}

void HasPtr::set_val(int v)
{
 val = v;
}

HasPtr::~HasPtr()
{
 cout << "destructor of HasPtr " << endl;
 delete ptr;
}

 ClassWithPointer 代碼如下：

// ClassWithPointer.cpp : 定義控制臺應用程序的入口點。
//

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include "HasPtr.h"
using namespace std;

int main()
{
 int temp = 100;
 HasPtr ptr(2,&temp);
 cout << ptr.get_ptr_value() << endl;
 cout << ptr.get_val() << endl;
 system("PAUSE");
 return 0;
}

執行一下，正常打印結束后，拋出錯誤：

C++帶有指針成員的類處理方式詳解

這里說明delete 不能刪除stack 上的指針值。

現在在ClassWithPointer傳入一個動態指針來測試一下。

// ClassWithPointer.cpp : 定義控制臺應用程序的入口點。
//

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include "HasPtr.h"
using namespace std;

int main()
{
int temp = 100;
HasPtr ptr(2,&temp);
cout << ptr.get_ptr_value() << endl;
cout << ptr.get_val() << endl;
system("PAUSE");
return 0;
}

執行后析構函數正常運行。所以這里有兩個結論：

  • delete 語句不能刪除stack 上的指針值。
  • delete 語句只能刪除heap上的指針值，也就是new 出來的對象。 

默認拷貝構造函數和默認賦值操作：

這里我們調用默認的構造函數和默認的賦值操作，看看會出現什么，為了方便查看，我在析構函數中打印了當前對象的地址，以及在main方法中打印了對象地址，這樣就可以看到哪個對象調用了析構函數：

HasPtr.cpp 代碼如下：

#include "stdafx.h"

#include <iostream>
#include "HasPtr.h"

using namespace std;

HasPtr::HasPtr(int i, int *p)
{
 val = i;
 ptr = p;
}

int HasPtr::get_ptr_value()
{
 return *ptr;
}

void HasPtr::set_ptr_value(int *p)
{
 ptr = p;
}

int HasPtr::get_val()
{
 return val;
}

void HasPtr::set_val(int v)
{
 val = v;
}

HasPtr::~HasPtr()
{
 cout << "destructor of HasPtr " << this << endl;
 delete ptr;
}

ClassWithPointer 代碼如下：

// ClassWithPointer.cpp : 定義控制臺應用程序的入口點。
//

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include "HasPtr.h"
using namespace std;

int main()
{
 int *temp = new int(100);
 HasPtr ptr(2,temp);
 cout << "ptr-------------->" << &ptr << endl;
 cout << ptr.get_ptr_value() << endl;
 cout << ptr.get_val() << endl;
 
 HasPtr ptr2(ptr);
 cout << "ptr2-------------->" << &ptr2 << endl;
 cout << ptr2.get_ptr_value() << endl;
 cout << ptr2.get_val() << endl;
 
 HasPtr ptr3 = ptr;
 cout << "ptr3-------------->" << &ptr3 << endl;
 cout << ptr3.get_ptr_value() << endl;
 cout << ptr3.get_val() << endl;

 system("PAUSE");
 return 0;
}

運行結果如下，最后還是報錯了：

C++帶有指針成員的類處理方式詳解

其實程序運行到第二個析構函數時，報錯了。報錯原因是，ptr 其實已經是pending指針了，因為這個ptr 指針所指向的地址已經被delete了。

不過我們這里最起碼可以知道默認的拷貝構造函數和賦值操作，也是會直接復制指針值的，不是指針所指向的值。是指針變量的值，也就是地址。

所以這里引申出來的問題是：如何管理對象中指針成員的內存？ 這個是一個核心問題。

上面的例子，就是默認的方式，但是管理失敗了，因為析構函數到最后會刪除pending 指針，導致異常發生。 

智能指針：

引入一個類U_Ptr，用來管理我們需要在業務對象中需要的指針變量，假設為int *p。頭文件如下：

#pragma once
#ifndef __UPTR__
#define __UPTR__
#include "HasPtr.h"
#include <iostream>

using namespace std;
class U_Ptr
{
 friend class HasPtr;
 int *ip;
 size_t use;

 U_Ptr(int *p):ip(p),use(1) {}
 ~U_Ptr() 
 {
  cout << "destruction:"<< *ip << endl;
  delete ip;
 }
};
#endif // !__UPTR__

現在我們的業務對象還是HasPtr。頭文件如下：

#pragma once
#ifndef __HASPTR__
#define __HASPTR__
#include "U_Ptr.h"
class HasPtr
{
public:
 HasPtr(int *p, int i):ptr(new U_Ptr(p)),val(i){}

 HasPtr(const HasPtr &orgi) :ptr(orgi.ptr), val(orgi.val) 
 {
  ++ptr->use; 
  cout << "coming into copy construction:" << ptr->use << endl;
 }

 HasPtr& operator=(const HasPtr &rhs);

 ~HasPtr();

 int get_ptr_value() const;
 int get_int() const;
 void set_ptr(int *p);
 void set_int(int i);
private:
 U_Ptr *ptr;
 int val;
};

#endif // !__HASPTR__

HasPtr.cpp 實現如下：

#include "stdafx.h"
#include "HasPtr.h"
#include <iostream>

using namespace std;

HasPtr& HasPtr::operator=(const HasPtr &rhs)
{
 ++rhs.ptr->use;
 if (--ptr->use == 0)
 {
  delete ptr;
 }
 ptr = rhs.ptr;
 val = rhs.val;
 return *this;
}

HasPtr::~HasPtr()
{
 cout << "destruction:" << ptr->use << endl;
 if (--ptr->use == 0)
 {
  delete ptr;
 }
}

int HasPtr::get_ptr_value() const
{
 return *ptr->ip;
}
int HasPtr::get_int() const
{
 return val;
}
void HasPtr::set_ptr(int *p)
{
 ptr->ip = p;
}
void HasPtr::set_int(int i)
{
 val = i;
}

測試類如下：

// SmartPointer.cpp : 定義控制臺應用程序的入口點。
//

#include "stdafx.h"
#include "HasPtr.h"
#include <iostream>

using namespace std;


int main()
{
 int *temp = new int(100);
 HasPtr ptr(temp,22);
 cout << "ptr------------>" << endl;
 cout << ptr.get_ptr_value() << endl;
 cout << ptr.get_int() << endl;
 HasPtr ptr2(ptr);
 cout << "ptr2------------>" << endl;
 cout << ptr2.get_ptr_value() << endl;
 cout << ptr2.get_int() << endl;
 system("PAUSE");
 return 0;
}

我們把U_Ptr 叫做智能指針，用于幫我們管理需要的指針成員。我們的業務對象HasPtr對象包含一個智能指針，這個指針在HasPtr 對象創建時創建，智能指針的use 變量用來記錄業務對象HasPtr對象被復制了多少次，也就是說，有多少個相同的指針指向了ptr所指向的地方。如果要記錄HasPtr對象一共有多少個一樣的，那么就需要在拷貝構造函數和賦值操作處進行對use變量加一操作，在析構函數處進行減一操作。當減到0時，刪除指針。

向AI問一下細節

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