C++之智能指针初步及弃用auto_ptr的原因分析
RAII
使用局部对象来管理资源的技术
RAII的原理
RAII的四个步骤
裸指针存在的问题
delete后的指针变量就变成了一个失效指针(也叫作悬空指针)。
对于下面的代码:
void Destroy(Object *op) { delete op; delete[] op; } Object *op = new Object(10); Object *arop = new Object[10]; Destroy(op); Destroy(arop);
因此:
智能指针
智能指针的引入
智能指针是比原始指针更加智能的类,解决悬空指针多次删除被指向对象,以及资源泄漏问题,通常用来确保指针的寿命和其指向对象的寿命一致。
智能指针虽然很智能,很容易被误用,智能也是有代价的。
四种智能指针
auto_ptr
unqiue_ptr
(唯一性智能指针)shared_ptr
(共享性智能指针)weak_ptr
(管理弱引用)
其中后三个是C11支持,并且第一个已经被C11弃用。
C98中的auto_ptr
所做的事情,就是动态分配对象以及当对象不再需要时自动执行清理。
下面我们首先来了解一下为什么要将auto_ptr移除的原因:
因为该类型的智能指针意义不明确,使用浅拷贝方式时,两个对象拥有同一块资源:我们模仿源码的逻辑
了解一下:比如下面的代码:
class Object { int value; public: Object(int x = 0):value(x){cout<<"Create Object:"<<this<<endl;} ~Object(){cout<<"Destroy Object:"<<this<<endl;} int & Value(){return value;} const int& Value() const{return value;} }; template<class _Ty> class my_auto_ptr { private: bool _Owns;//所有权 _Ty* _Ptr; public: my_auto_ptr(_Ty* p = NULL):_Owns(p != NULL),_Ptr(p){} ~my_auto_ptr() { if(_Owns) { delete _Ptr; } _Owns = false; _Ptr = NULL; } _Ty* get() const { return _Ptr; } _Ty* operator->()const { return get(); } _Ty & operator*() { return *get(); } void reset(_Ty* p = NULL) { if(_Owns) { delete _Ptr; } _Ptr = p; } _Ty * release()const//编译要通过,要么异变,要么强转成普通指针 { _Ty* tmp = NULL; if(_Owns) { ((my_auto_ptr*)this)->_Owns = false; tmp = _Ptr; ((my_auto_ptr*)this)->_Ptr = NULL; } return tmp; } my_auto_ptr(const my_auto_ptr & op):_Owns(op._Owns) { if(_Owns) { _Ptr = op._Ptr; } } }; void fun() { my_auto_ptr<Object> pobj(new Object(10));//pobj是my_auto_ptr类型 cout<<pobj->Value()<<endl; cout<<(*pobj).Value()<<endl;//(*pobj)是Object的堆区对象。*(pobj._Ptr).Value() } int main() { my_auto_ptr<Object> pobja(new Object(10)); my_auto_ptr<Object> pobjb(pobja); }
相关函数解释:
此时程序必然会导致程序崩溃引发异常,主函数结束时对同一部分资源释放了两次,堆内存被释放两次
那么我们可能会考虑,将资源转移,即修改拷贝构造如下:利用是释放函数
my_auto_ptr(const my_auto_ptr & op):_Owns(op._Owns),_Ptr(op.release()) {}
看似好像解决了上面的问题,实则存在隐患
继续来看:下面的代码存在什么问题呢?
void fun(my_auto_ptr<Object> apx) { int x = apx->Value(); cout<<x<<endl; } int main() { my_auto_ptr<Object> pobja(new Object(10)); fun(pobja); int a = pobja->Value(); cout<<a<<endl; }
上述代码的执行逻辑如下:
pobja
有两个域拥有权域和指针域,拿pobja初始化形参apx时,会调动拷贝构造函数apx
将自己的拥有权域设为1,调动release函数,销毁了pobja对象的资源后,返回堆区对象的地址,apx接收后将自身的指针域指向原先pobja所指向的堆区对象fun
函数结束,apx局部对象就会被析构,此时再打印a,对象其实已经不存在了并且自身早已失去了pobja的拥有权。
综上,此时智能指针的拷贝构造函数的两种写法:
my_auto_ptr(const my_auto_ptr & op):_Owns(op._Owns) { if(_Owns) { _Ptr = op._Ptr; } } my_auto_ptr(const my_auto_ptr & op):_Owns(op._Owns),_Ptr(op.release()) {}
- 第一种存在的问题:Object的资源会被两个释放两次
- 第二种存在的问题:解决了第一种问题,但是不能解决类似于实参对象初始化形参时,实参之前自身的资源丢失的问题,找不着了,因为这种情况太过于隐蔽,容易出错,所以auto_ptr作为函数参数传递时一定要避免的。或许你想到加上引用解决上面的问题,但是仔细思考后发现,我们并不知道函数对传入的传入的auto_ptr做了什么,如果当中的某些操作使其失去了对对象的所有权,那么这还可能会导致致命的执行期错误。获取再加上const 才是个不错的选择。
因此,C11标准之前的auto_ptr
这个智能指针不被广泛使用的原因就是:在某些应用场景下,拷贝构造函数的意义不明确,同理赋值语句也是这个道理,意义同样不明确,因为C11标准之前并不存在移动赋值和移动构造的概念,还有就是之前谈到的一个对象和一组对象的问题,对于自定义类型而言,auto_ptr
的析构函数仅能够析构一个对象,不能够处理一组对象的情况,这些都是尚未解决的问题。
于是在C11中弃用,C17标准中直接移除。
历史渊源:
在STL库之前,有一个功能更加强大的boost库,STL为了与其抗衡,应急制造了STL,但制作的不够完善,由此因为STL未解决auto_ptr
的问题,因此STl内的容器vector和list都不想和auto_ptr建立联系。
总结
以上为个人经验,希望能给大家一个参考,也希望大家多多支持脚本之家。
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