關于c++ 智能指針及 循環引用的問題

c++智能指針介紹

由于 C++ 語言沒有自動內存回收機制，程序員每次 new 出來的內存都要手動 delete，比如流程太復雜，最終導致沒有 delete，異常導致程序過早退出，沒有執行 delete 的情況并不罕見，并造成內存泄露。如此c++引入 智能指針 ，智能指針即是C++ RAII的一種應用，可用于動態資源管理，資源即對象的管理策略。 智能指針在 <memory>標頭文件的 std 命名空間中定義。 它們對 RAII 或 獲取資源即初始化 編程慣用法至關重要。 RAII 的主要原則是為所有堆分配資源提供所有權，例如動態分配內存或系統對象句柄、析構函數包含要刪除或釋放資源的代碼的堆棧分配對象，以及任何相關清理代碼。

c++智能指針類別

c++ 智能指針主要包括：unique_ptr,shared_ptr, weak_ptr, 這三種，其中auto_ptr 已被遺棄。

unique_ptr

只允許基礎指針的一個所有者。 可以移到新所有者(具有移動語義)，但不會復制或共享（即我們無法得到指向同一個對象的兩個unique_ptr）。 替換已棄用的 auto_ptr。 相較于 boost::scoped_ptr。 unique_ptr 小巧高效；大小等同于一個指針，支持 rvalue 引用，從而可實現快速插入和對 STL 集合的檢索。 頭文件：<memory>。

使用unique_ptr，可以實現以下功能：

1、為動態申請的內存提供異常安全。
2、將動態申請內存的所有權傳遞給某個函數。
3、從某個函數返回動態申請內存的所有權。
4、在容器中保存指針。
5、所有auto_ptr應該具有的（但無法在C++ 03中實現的）功能。

如下代碼所示：

class A;
// 如果程序執行過程中拋出了異常，unique_ptr就會釋放它所指向的對象
// 傳統的new 則不行
unique_ptr<A> fun1()
{
 unique_ptr p(new A);
 //do something
 return p;
}

void fun2()
{  // unique_ptr具有移動語義
 unique_ptr<A> p = f();// 使用移動構造函數
 // do something
}// 在函數退出的時候，p以及它所指向的對象都被刪除釋放 shared_ptr 

采用引用計數的智能指針。 shared_ptr基于“引用計數”模型實現，多個shared_ptr可指向同一個動態對象，并維護了一個共享的引用計數器，記錄了引用同一對象的shared_ptr實例的數量。當最后一個指向動態對象的shared_ptr銷毀時，會自動銷毀其所指對象(通過delete操作符)。shared_ptr的默認能力是管理動態內存，但支持自定義的Deleter以實現個性化的資源釋放動作。頭文件：<memory>。

基本操作：shared_ptr的創建、拷貝、綁定對象的變更(reset)、shared_ptr的銷毀(手動賦值為nullptr或離開作用域)、指定deleter等操作。

shared_ptr的創建,有兩種方式，

一，使用函數make_shared(會根據傳遞的參數調用動態對象的構造函數)；

二，使用構造函數(可從原生指針、unique_ptr、另一個shared_ptr創建)

shared_ptr<int> p1 = make_shared<int>(1);// 通過make_shared函數

shared_ptr<int> p2(new int(2));// 通過原生指針構造此外智能指針若為“空“，即不指向任何對象，則為false，否則為true，可作為條件判斷。可以通過兩種方式指定deleter，一是構造shared_ptr時，二是使用reset方法時。可以重載的operator->, operator *，以及其他輔助操作如unique()、use_count(), get()等成員方法。

weak_ptr

結合 shared_ptr 使用的特例智能指針。 weak_ptr 提供對一個或多個 shared_ptr 實例所屬對象的訪問，但是，不參與引用計數。 如果您想要觀察對象但不需要其保持活動狀態，請使用該實例。 在某些情況下需要斷開 shared_ptr 實例間的循環引用。 頭文件：<memory>。

weak_ptr的用法如下：

weak_ptr用于配合shared_ptr使用，并不影響動態對象的生命周期，即其存在與否并不影響對象的引用計數器。weak_ptr并沒有重載operator->和operator *操作符，因此不可直接通過weak_ptr使用對象。提供了expired()與lock()成員函數，前者用于判斷weak_ptr指向的對象是否已被銷毀，后者返回其所指對象的shared_ptr智能指針(對象銷毀時返回”空“shared_ptr)。循環引用的場景：如二叉樹中父節點與子節點的循環引用，容器與元素之間的循環引用等。

智能指針的循環引用

循環引用問題可以參考 這個鏈接 上的問題理解，“循環引用”簡單來說就是：兩個對象互相使用一個shared_ptr成員變量指向對方的會造成循環引用。導致引用計數失效。下面給段代碼來說明循環引用：

#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;

class B;
class A
{
public:// 為了省去一些步驟這里 數據成員也聲明為public
 //weak_ptr<B> pb;
 shared_ptr<B> pb;
 void doSomthing()
 {
// if(pb.lock())
// {
//
// }
 }

 ~A()
 {
 cout << "kill A\n";
 }
};

class B
{
public:
 //weak_ptr<A> pa;
 shared_ptr<A> pa;
 ~B()
 {
 cout <<"kill B\n";
 }
};

int main(int argc, char** argv)
{
 shared_ptr<A> sa(new A());
 shared_ptr<B> sb(new B());
 if(sa && sb)
 {
 sa->pb=sb;
 sb->pa=sa;
 }
 cout<<"sa use count:"<<sa.use_count()<<endl;
 return 0;
}

上面的代碼運行結果為：sa use count:2， 注意此時sa,sb都沒有釋放，產生了內存泄露問題！！！

即A內部有指向B，B內部有指向A，這樣對于A，B必定是在A析構后B才析構，對于B，A必定是在B析構后才析構A，這就是循環引用問題，違反常規，導致內存泄露。

一般來講，解除這種循環引用有下面有三種可行的方法( 參考 )：

1 . 當只剩下最后一個引用的時候需要手動打破循環引用釋放對象。

2 . 當A的生存期超過B的生存期的時候，B改為使用一個普通指針指向A。

3 . 使用弱引用的智能指針打破這種循環引用。

雖然這三種方法都可行，但方法1和方法2都需要程序員手動控制，麻煩且容易出錯。我們一般使用第三種方法：弱引用的智能指針weak_ptr。

強引用和弱引用

一個強引用當被引用的對象活著的話，這個引用也存在（就是說，當至少有一個強引用，那么這個對象就不能被釋放）。share_ptr就是強引用。相對而言，弱引用當引用的對象活著的時候不一定存在。僅僅是當它存在的時候的一個引用。弱引用并不修改該對象的引用計數，這意味這弱引用它并不對對象的內存進行管理，在功能上類似于普通指針，然而一個比較大的區別是，弱引用能檢測到所管理的對象是否已經被釋放，從而避免訪問非法內存。

使用weak_ptr來打破循環引用

代碼如下：

#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;

class B;
class A
{
public:// 為了省去一些步驟這里 數據成員也聲明為public
 weak_ptr<B> pb;
 //shared_ptr<B> pb;
 void doSomthing()
 {
 if(pb.lock())
 {

 }
 }

 ~A()
 {
 cout << "kill A\n";
 }
};

class B
{
public:
 //weak_ptr<A> pa;
 shared_ptr<A> pa;
 ~B()
 {
 cout <<"kill B\n";
 }
};

int main(int argc, char** argv)
{
 shared_ptr<A> sa(new A());
 shared_ptr<B> sb(new B());
 if(sa && sb)
 {
 sa->pb=sb;
 sb->pa=sa;
 }
 cout<<"sb use count:"<<sb.use_count()<<endl;
 return 0;
}

以上就是小編為大家帶來的關于c++ 智能指針及 循環引用的問題全部內容了，希望大家多多支持億速云~