C++ — 智能指针的简单实现以及循环引用问题
生活随笔
收集整理的這篇文章主要介紹了
C++ — 智能指针的简单实现以及循环引用问题
小編覺得挺不錯的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個參考.
http://blog.csdn.net/dawn_sf/article/details/70168930
智能指針
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今天我們來看一個高大上的東西，它叫智能指針。 哇這個名字聽起來都智能的不得了，其實等你了解它你一定會有一點失望的。。。。因為它說白了
就是個管理資源的。智能指針的原理就是管理資源的RALL機制，我們先來簡單了解一下
RALL機制：RALL機制便是通過利用對象的自動銷毀，使得資源也具有了生命周期，有了自動銷毀（自動回收）的功能。RAII全稱為Resource?
Acquisition Is Initialization，它是在一些面向?qū)ο笳Z言中的一種慣用法。RAII源于C++，在Java，C#，D，Ada，Vala和Rust中也有應用。資源分配
即初始化，定義一個類來封裝資源的分配和釋放，在構(gòu)造函數(shù)完成資源的分配和初始化，在析構(gòu)函數(shù)完成資源的清理，可以保證資源的正確初始化和釋
放。RAII要求，資源的有效期與持有資源的對象的生命期嚴格綁定，即由對象的構(gòu)造函數(shù)完成資源的分配(獲取)，同時由析構(gòu)函數(shù)完成資源的釋放。在
這種要求下，只要對象能正確地析構(gòu)，就不會出現(xiàn)資源泄露問題。RALL在這里就是簡單提一下而已，現(xiàn)在我們來看我們今天的主角智能指針。
?
智能指針（smart pointer）是存儲指向動態(tài)分配（堆）對象指針的類。它的誕生理由就是，為粗心和懶的人設計的，但是這個設計一定不是反人類
的，因為無論你有多厲害只要你是人你總會有犯錯誤的時候，所以智能指針可以很好地幫助我們，程序員每次?new?出來的內(nèi)存都要手動?delete。程序
員忘記?delete，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(zhí)行?delete?的情況并不罕見。其實智能指針只是怕你忘了delete，而專門設置出來的一個對象。有沒有感覺它頓時不夠
智能呢，但是你絕對不能否認它的實用性和重要性。現(xiàn)在我們來看看智能指針的使用吧:
對于編譯器來說，智能指針實際上是一個棧對象，并非指針類型，在棧對象生命期即將結(jié)束時，智能指針通過析構(gòu)函數(shù)釋放有它管理的堆內(nèi)存。所有智
能指針都重載了“operator->”操作符，直接返回對象的引用，用以操作對象。訪問智能指針原來的方法則使用“.”操作符。先拋開智能指針的幾個
版本不說，我們先來講一下它里面的 * 和 -> 是如何進行運算符重載的。下面是我定義的一個類，他只是為了實現(xiàn)原生指針的 * 和 -> 功能：
請忽略這個粗糙的A類和AA結(jié)構(gòu)體，我們的目的只是實現(xiàn)原生函數(shù)的功能，那么我的功能實現(xiàn)了嗎？
? ? ? ? ? ?
這里結(jié)果沒有一點問題，那么我們現(xiàn)在的注意點就應該放在這里是如何實現(xiàn)的：
智能指針的三大版本的實現(xiàn)==>
好了前面那些磨人的小妖精終于清理完了，現(xiàn)在我們真真正正的進入主題，智能指針的發(fā)展史以及它的常見的三個版本。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1.管理權(quán)轉(zhuǎn)移 ? 2.簡單粗暴的防拷貝 ?3.引用計數(shù)版本
注意這里我只是實現(xiàn)簡單的思想，可能寫的不是很好，望大家指出幫助我改正錯誤。
管理權(quán)轉(zhuǎn)移==>
這個智能指針是1998應用到VS上的，現(xiàn)在我們來實現(xiàn)第一個，何為管理權(quán)轉(zhuǎn)移呢？
現(xiàn)在我列出該思想的實現(xiàn)代碼:
現(xiàn)在我們先看看它使用普通操作時的結(jié)果如何:
現(xiàn)在的結(jié)果真的太符合我們的預料了，我們要的就是這樣的結(jié)果，當你還沉浸自己成功的喜悅的時候，這里雖然成功實現(xiàn)了自動釋放空間的功能還有指
針的功能，但是看看下面這種情況:我們把main函數(shù)內(nèi)修改成這個樣子:
int main()
?{
AutoPtr<int>ap1(new int);
*ap1 = 10;
AutoPtr<int>ap2(ap1);
cout << *ap1 << endl;
return 0;
?}
然后結(jié)果。。調(diào)試到這一步程序崩潰了，罪魁禍首就是AutoPtr<int>ap2(ap1)，這里原因就是ap2完全的奪取了ap1的管理權(quán)。然后導致ap1無家可歸，
訪問它的時候程序就會崩潰。如果在這里調(diào)用ap2 = ap1程序一樣會崩潰原因還是ap1被徹徹底底的奪走一切，所以這種編程思想及其不符合C++思想，
所以它的設計思想就是有一定的缺陷。所以一般不推薦使用Autoptr智能指針。 使用了也絕對不能使用"="和拷貝構(gòu)造。歷史在發(fā)展，所以我們見到接
下來這種想法:??
簡單粗暴法（防拷貝）==>
scoped智能指針?屬于?boost?庫，定義在?namespace boost?中，包含頭文件#include<boost/smart_ptr.hpp>?便可以使用。scoped智能指
針?跟?AutoPtr智能指針?一樣，可以方便的管理單個堆內(nèi)存對象，特別的是，scoped智能指針?獨享所有權(quán)，避免了?AutoPtr智能指針惱人的幾個問
題，它直接就告訴用戶我不提供"="和拷貝構(gòu)造這兩個功能，你別用，用了我也讓你編不過去。來看它的實現(xiàn):
它的意思就是，我根本不會提供拷貝構(gòu)造 和 "="的功能，他強任他強，我就是這樣。他確實解決上一個智能指針的問題，他直接讓用戶不能使用這個
功能，這個思想確實有點反人類。。由于scoped智能指針獨享所有權(quán)，當我們真真需要復制智能指針時，需求便滿足不了了，如此我們再引入一個智能
指針，專門用于處理復制，參數(shù)傳遞的情況。這便是如下的shared智能指針。
引用計數(shù)版本==>
接下來我們看最后一種，也就是我們現(xiàn)在經(jīng)常用到的shared智能指針，等到智能指針發(fā)展到這一步也就很成熟了它已經(jīng)幾乎完美的解決所有功能，因為
它使用了引用計數(shù)版本當指向該片資源的*_num變成0的時候，釋放該資源.
上面就是我實現(xiàn)的簡易的shared智能指針，現(xiàn)在我們調(diào)用這個智能指針，我們來看看結(jié)果：
我們發(fā)現(xiàn)它完美的解決了一切功能，這個指針真的算是很完美的思想，不過你再完美也會有瑕疵，要不然也不會有boost::weak_ptr的存在，
boost::weak_ptr的存在就是為boost::shared_ptr解決一點點瑕疵的。這個問題藏得極深一般不會遇到的，但是當你真的遇到的時候，我相信你會
絞盡腦汁的找BUG，還是很難找的。話不多說，現(xiàn)在我們來看下面這個例子：
現(xiàn)在我們驗證shared智能指針的缺陷，就不用我實現(xiàn)的那個了，那個好多功能我都沒實現(xiàn)，我們用專家寫的shared_ptr智能指針，構(gòu)造兩個雙向鏈表里
面的結(jié)點，這里這個雙向鏈表可能有一點簡陋，但是我們只是需要它的prev和next指針就夠了。現(xiàn)在我們運行代碼看看會發(fā)生什么情況：
現(xiàn)在cur和next指針所管理的結(jié)點現(xiàn)在都有兩個指針指針管理，然后在這里會發(fā)生這樣一件事:
循環(huán)引用一般都會發(fā)生在這種"你中有我，我中有你"的情況里面，這里導致的問題就是內(nèi)存泄漏，這段空間一直都沒有釋放,現(xiàn)在很明顯引用計數(shù)在這
里就不是很合適了，但是shared_ptr除了這里不夠完善，其他的地方都是非常有用的東西，所以編寫者在這里補充一個week_ptr，接下來我們看最后一
個智能指針week_ptr。
week_ptr==>
weak_ptr是為了配合shared_ptr而引入的一種智能指針，它更像是shared_ptr的一個助手而不是智能指針，因為它不具有普通指針的行為，沒有重載
operator*和->,它的最大作用在于協(xié)助shared_ptr工作，像旁觀者那樣觀測資源的使用情況.通俗一點講就是，首先weak_ptr?是專門為shared_ptr?而
準備的。現(xiàn)在我們并不能根據(jù)內(nèi)部的引用計數(shù)。weak_ptr?是?boost::shared_ptr?的觀察者對象，觀察者意味著weak_ptr?只對shared_ptr 進行引用而
不改變其引用計數(shù)，當被觀察的shared_ptr?失效后，相應的weak_ptr?也相應失效，然后它就什么都不管光是個刪 ， 也就是這里的cur和next在析
構(gòu)的時候 ， 不用引用計數(shù)減一 ， 直接刪除結(jié)點就好。這樣也就間接地解決了循環(huán)引用的問題，當然week_ptr指針的功能不是只有這一個。但是現(xiàn)在
我們只要知道它可以解決循環(huán)引用就好。
現(xiàn)在總結(jié)一下：
1、在可以使用?boost?庫的場合下，拒絕使用?std::auto_ptr，因為其不僅不符合?C++?編程思想。
2、在確定對象無需共享的情況下，使用?boost::scoped_ptr。
3、在對象需要共享的情況下，使用?boost::shared_ptr。
4、在需要訪問?boost::shared_ptr?對象，而又不想改變其引用計數(shù)的情況下(循環(huán)引用)使用boost::weak_ptr。
5、最后一點,在你的代碼中，盡量不要出現(xiàn)?delete?關鍵字，因為我們有智能指針。
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的C++ — 智能指针的简单实现以及循环引用问题的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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