shared_ptr

shared_ptr是一个引用计数智能指针,用于共享对象的所有权也就是说它允许多个指针指向同一个对象。这一点与原始指针一致。

先来一段简单的代码,看看shared_ptr的简单使用:

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

class Example
{
public:
    Example() : e(1) { cout << "Example Constructor..." << endl; }
    ~Example() { cout << "Example Destructor..." << endl; }

    int e;
};

int main() {

    shared_ptr<Example> pInt(new Example());
    cout << (*pInt).e << endl;
    cout << "pInt引用计数: " << pInt.use_count() << endl;

    shared_ptr<Example> pInt2 = pInt;
    cout << "pInt引用计数: " << pInt.use_count() << endl;
    cout << "pInt2引用计数: " << pInt2.use_count() << endl;
}

程序输出如下:

Example Constructor...
pInt: 1
pInt引用计数: 1
pInt引用计数: 2
pInt2引用计数: 2
Example Destructor...

从上面这段代码中,我们对shared_ptr指针有了一些直观的了解。一方面,跟STL中大多数容器类型一样,shared_ptr也是模板类,因此在创建shared_ptr时需要指定其指向的类型。另一方面,正如其名一样,shared_ptr指针允许让多个该类型的指针共享同一堆分配对象。同时shared_ptr使用经典的“引用计数”方法来管理对象资源,每个shared_ptr对象关联一个共享的引用计数。对于“引用计数”的问题,这里就不展开介绍。有兴趣的同学可以上网查找资料。

对于shared_ptr在拷贝和赋值时的行为,《C++Primer第五版》中有详细的描述:

每个shared_ptr都有一个关联的计数值,通常称为引用计数。无论何时我们拷贝一个shared_ptr,计数器都会递增。
例如,当用一个shared_ptr初始化另一个shred_ptr,或将它当做参数传递给一个函数以及作为函数的返回值时,它
所关联的计数器就会递增。当我们给shared_ptr赋予一个新值或是shared_ptr被销毁(例如一个局部的
shared_ptr离开其作用域)时,计数器就会递减。一旦一个shared_ptr的计数器变为0,它就会自动释放自己所管理
的对象。

对比我们上面的代码可以看到:当我们将一个指向Example对象的指针交给pInt管理后,其关联的引用计数为1。接下来,我们用pInt初始化pInt2,两者关联的引用计数值增加为2。随后,函数结束,pInt和PInt2相继离开函数作用于,相应的引用计数值分别自减1最后变为0,于是Example对象被自动释放(调用其析构函数)。

接下来,我们完整地介绍一下shared_ptr的常见用法:

1、创建shared_ptr实例

最安全和高效的方法是调用make_shared库函数,该函数会在堆中分配一个对象并初始化,最后返回指向此对象的share_ptr实例。如果你不想使用make_ptr,也可以先明确new出一个对象,然后把其原始指针传递给share_ptr的构造函数。

示例如下:

int main() {

    // 传递给make_shared函数的参数必须和shared_ptr所指向类型的某个构造函数相匹配
    shared_ptr<string> pStr = make_shared<string>(10, 'a');
    cout << *pStr << endl;  //  aaaaaaaaaa

    int *p = new int(5);
    shared_ptr<int> pInt(p);
    cout << *pInt << endl;  // 5
}

2、访问所指对象

shared_ptr的使用方式与普通指针的使用方式类似,既可以使用解引用操作符*获得原始对象进而访问其各个成员,也可以使用指针访问符->来访问原始对象的各个成员。

3、拷贝和赋值操作

我们可以用一个shared_ptr对象来初始化另一个share_ptr实例,该操作会增加其引用计数值。

例如:

int main() {
    shared_ptr<string> pStr = make_shared<string>(10, 'a');
    cout << pStr.use_count() << endl;  //  1

    shared_ptr<string> pStr2(pStr);
    cout << pStr.use_count() << endl;  //  2
    cout << pStr2.use_count() << endl;  //  2
}

如果shared_ptr实例p和另一个shared_ptr实例q所指向的类型相同或者可以相互转换,我们还可以进行诸如p = q这样赋值操作。该操作会递减p的引用计数值,递增q的引用计数值。

例如:

class Example
{
public:
    Example(string n) : name(n) { cout << n << " constructor..." << endl; }
    ~Example() { cout << name << " destructor..." << endl; }

    string name;
};

int main() {

    shared_ptr<Example> pStr = make_shared<Example>("a object");
    shared_ptr<Example> pStr2 = make_shared<Example>("b object");
    cout << pStr.use_count() << endl;
    cout << pStr2.use_count() << endl;

    pStr = pStr2;   // 此后pStr和pStr指向相同对象
    cout << pStr->name << endl;
    cout << pStr2->name << endl;
}

输出如下:

a object constructor...
b object constructor...
1
1
a object destructor...
b object
b object
b object destructor...

4、检查引用计数

shared_ptr提供了两个函数来检查其共享的引用计数值,分别是unique()和use_count()。

在前面,我们已经多次使用过use_count()函数,该函数返回当前指针的引用计数值。值得注意的是use_count()函数可能效率很低,应该只把它用于测试或调试。

unique()函数用来测试该shared_ptr是否是原始指针唯一拥有者,也就是use_count()的返回值为1时返回true,否则返回false。

示例:

int main() {
    shared_ptr<string> pStr = make_shared<string>(10, 'a');
    cout << pStr.unique() << endl;  // true

    shared_ptr<string> pStr2(pStr);
    cout << pStr2.unique() << endl; // false;
}

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