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目录
一、智能指针的使用场景、基本概念
(1)因为抛异常而出现的资源泄漏的情况
二、RAII和智能指针的设计思路
三、c++标准库智能指针以及使用
(1)几种智能指针的概念
auto_ptr
unique_ptr
weak_ptr
不是new出来的资源要怎么释放
其他要点
(2)智能指针的原理
六、内存泄漏
什么是内存泄漏,内存泄漏的危害
如何避免内存泄漏
一、智能指针的使用场景、基本概念
(1)因为抛异常而出现的资源泄漏的情况
看到这一段代码
double Divide(int a, int b)
{if (b == 0){throw string("Divide by zero condition!");}else{return double(a) / b;}
}
void Func()
{//申请了资源//此时Divide里面抛异常了就走不到后面的delete[],而是直接回到main中进行异常的捕获//那么就出现了内存泄漏int* arr1 = new int[10];int* arr2 = new int[10];int len = 0, time = 0;cin >> len >> time;Divide(len, time);cout << "delete[] arr1" << endl;cout << "delete[] arr2" << endl;delete[] arr1;delete[] arr2;
}
int main()
{try{Func();}catch (const char* errmsg){cout << errmsg << endl;}catch (const string errmsg){cout << errmsg << endl;}catch (...){cout << "Unkown errmsg" << endl;}return 0;
}
在没有除0情况出现时,程序在调用了Divide后会继续在Func里面执行;已知Divide之前是申请了资源的此时就可以正常走到delete[];
但是若是出现了除零情况,那么在Divide里面抛异常了就会直接返回到最近且匹配的catch也就是main里面的catch那么在Func函数里面调用Divide这行后面的代码就会因为抛异常而不会执行,那么就会出现资源没有被释放也就是内存泄漏的情况;
###解决方法:
在Func里面也设置异常捕捉的代码,捕捉之后先进行资源释放,之后再重新抛出异常给外层main处理,此时也可以解决:
改进代码:
double Divide(int a, int b)
{if (b == 0){throw string("Divide by zero condition!");}else{return double(a) / b;}
}
void Func()
{int* arr1 = new int[10];int* arr2 = new int[10];try{int len = 0, time = 0;cin >> len >> time;Divide(len, time);}catch(...)//中途捕捉异常进行资源释放{cout << "delete[] arr1" << endl;cout << "delete[] arr2" << endl;delete[] arr1;delete[] arr2;//重新抛出异常给原本应该处理异常的main处理throw;}cout << "delete[] arr1" << endl;cout << "delete[] arr2" << endl;delete[] arr1;delete[] arr2;
}
int main()
{try{Func();}catch (const char* errmsg){cout << errmsg << endl;}catch (const string errmsg){cout << errmsg << endl;}catch (...){cout << "Unkown errmsg" << endl;}return 0;
}
这样只能治标不治本,因为当上面的new也出现抛异常要怎么办?若是arr1抛异常那么情况正常,不会申请任何资源直接被main里面的catch捕捉;但是若是arr2new抛异常了,arr1需要被释放资源那么还要单独写一个释放arr1资源的try catch ;那么当有很多这样的资源申请时,为了避免内存泄漏那就要写很多针对于某种情况的try catch;这会十分复杂,为了解决这种问题,C++引入了智能指针。
二、RAII和智能指针的设计思路
RAII是resource requisition is initialization的缩写;这是一种管理资源类的设计思想,本质是一种利用对象的生命周期来管理获取到的动态资源,避免资源泄漏;这里的资源可以是内存、文件指针、网络连接、互斥锁等;
RAII在获取到资源时将资源委托一个对象,并且可以控制对资源的访问,资源在对象生命周期未结束时始终有效,最后在对象进行析构时释放资源,这样保证了资源的正常释放。
###针对于上面代码的智能指针的使用:
template<class T>
class Smart_Ptr
{
public:Smart_Ptr(T* ptr):_ptr(ptr)//浅拷贝{}~Smart_Ptr(){cout << "delete[]" << endl;delete _ptr;}T& operator *(){return *_ptr;}T* operator ->(){return _ptr;}T& operator [](const int i){return _ptr[i];}
private:T* _ptr;
};
double Divide(int a, int b)
{if (b == 0){throw string("Divide by zero condition!");}else{return double(a) / b;}
}
void Func()
{Smart_Ptr<int> ptr1 = new int[10];Smart_Ptr<int> ptr2 = new int[10];int len = 0, time = 0;cin >> len >> time;Divide(len, time);
}
int main()
{try{Func();}catch (const char* errmsg){cout << errmsg << endl;}catch (const string errmsg){cout << errmsg << endl;}catch (...){cout << "Unkown errmsg" << endl;}return 0;
}
这样即使出现除零情况抛异常了,直接回到main,也不会有资源泄漏;因为当抛异常回到一个函数时,这个链中间的函数会进行栈展开,这些栈展开函数内部的对象生命周期结束了会进行析构;那么在这里就是ptr1和ptr2会自动析构,那么申请的资源就不会泄漏了。
三、c++标准库智能指针以及使用
说明:智能指针确实可以解决上面的问题;不过智能指针最重要的部分就是它的拷贝;我们知道智能指针是管理申请的资源之后能方便资源释放的,若是出现了拷贝,我们希望的拷贝出来的智能指针也管理的是同一份资源;因为被拷贝出来的智能指针不可能凭空去管理另一份资源,也没有新的资源去被它管理,所以此时的拷贝是为了多个智能指针对象共同管理一份资源;那么必然是浅拷贝;但是浅拷贝在析构时就会出现同一份资源释放多次的问题,重要的就是如何解决这个问题
(1)几种智能指针的概念
auto_ptr
auto_ptr是C++98时设计出来的智能指针,他的特点是拷⻉时把被拷⻉对象的资源的管理权转移给 拷⻉对象,这是⼀个⾮常糟糕的设计,因为它会到被拷贝对象悬空,访问报错的问题,C++11设计 出新的智能指针后,强烈建议不要使⽤auto_ptr。其他C++11出来之前很多公司也是明令禁⽌使⽤ 这个智能指针的。

unique_ptr

shared_ptr


weak_ptr
//简化版实现
template<class T>class weak_ptr{public://支持空的构造函数weak_ptr(){}weak_ptr(const shared_ptr<T>& sp):_ptr(sp.get()){}weak_ptr<T>& operator=(const shared_ptr<T>& sp){_ptr = sp.get();}private:T* _ptr = nullptr;};
不是new出来的资源要怎么释放
template<class T>
void DeleteArrayFunc(T* ptr)
{delete[] ptr;
}
template<class T>
class DeleteArray
{
public:void operator()(T* ptr){delete[] ptr;}
};class Fclose
{
public:void operator()(FILE* ptr){std::cout << "fclose:" << ptr << std::endl;fclose(ptr);}
};
int main()
{// 这样实现程序会崩溃// unique_ptr<Date> up1(new Date[10]);// shared_ptr<Date> sp1(new Date[10]);// 解决⽅案1// 因为new[]经常使⽤,所以unique_ptr和shared_ptr// 实现了⼀个特化版本,这个特化版本析构时⽤的delete[]std::unique_ptr<Date[]> up1(new Date[5]);std::shared_ptr<Date[]> sp1(new Date[5]);// 解决⽅案2// 仿函数对象做删除器//unique_ptr<Date, DeleteArray<Date>> up2(new Date[5], DeleteArray<Date>());// unique_ptr和shared_ptr⽀持删除器的⽅式有所不同// unique_ptr是在类模板参数⽀持的,shared_ptr是构造函数参数⽀持的// 使⽤仿函数unique_ptr可以不在构造函数传递,因为仿函数类型构造的对象直接就可以调⽤// 但是下⾯的函数指针和lambda的类型不可以//仿函数std::unique_ptr<Date,DeleteArray<Date>> up2(new Date[5]);std::shared_ptr<Date> sp2(new Date[5],DeleteArray<Date>());//函数指针std::unique_ptr<Date, void(*)(Date*)> up3(new Date[5],DeleteArrayFunc<Date>);std::shared_ptr<Date> sp3(new Date[5], DeleteArrayFunc<Date>);//lambda表达式auto delArrOBJ = [](Date* ptr) {delete ptr; };std::unique_ptr<Date, decltype(delArrOBJ)> up4(new Date[5], delArrOBJ);std::shared_ptr<Date> sp4(new Date[5], delArrOBJ);//其他资源类型std::unique_ptr<FILE, Fclose> up5(fopen("Test.cpp","r"), Fclose());std::shared_ptr<FILE> sp5(fopen("Test1.cpp", "r"),Fclose());std::shared_ptr<FILE> sp6(fopen("Test2.cpp", "r"), [](FILE* ptr){std::cout << "fclose:" << ptr << std::endl;fclose(ptr);});return 0;
}
其他要点
int main()
{//make_sharedstd::shared_ptr<Date> sp1 = std::make_shared<Date>(100, 100, 100);auto sp2 = std::make_shared<Date>(100, 100, 100);//向operator bool 的类型转换std::shared_ptr<Date> sp3 = std::make_shared<Date>(100, 100, 100);std::shared_ptr<Date> sp4 = std::make_shared<Date>(100, 100, 100);if (sp3)std::cout << "sp3 is not nullptr" << std::endl;elsestd::cout << "sp3 is nullptr" << std::endl;if (sp4)std::cout << "sp4 is not nullptr" << std::endl;elsestd::cout << "sp4 is nullptr" << std::endl;//explicit构造时不支持隐式类型转换//std::shared_ptr<Date> sp5 = new Date(100,100,100);std::shared_ptr<Date> sp5 (new Date(100, 100, 100));return 0;
}
(2)智能指针的原理
template<class T>class auto_ptr{public:auto_ptr(T* ptr):_ptr(ptr){}//拷贝构造auto_ptr(auto_ptr<T>& ap):_ptr(ap._ptr){ap._ptr = nullptr;}//赋值重载auto_ptr<T>& operator=(auto_ptr<T>& ap){if (_ptr != ap._ptr)//防止自我赋值{if (_ptr)//先释放原来的资源,因为被赋值之后也没有管理它的了delete _ptr;_ptr = ap._ptr;ap._ptr = nullptr;}return *this;}~auto_ptr(){if (_ptr)delete _ptr;}T& operator * (){return *_ptr;}T* operator & (){return _ptr;}private:T* _ptr;};
unique_ptr
template<class T>
class unique_ptr
{
public:explicit unique_ptr(T* ptr):_ptr(ptr){}//不持支拷贝构造和赋值重载unique_ptr(unique_ptr<T>& up) = delete;unique_ptr<T>& operator = (unique_ptr<T>& up) = delete;//支持移动语义unique_ptr(unique_ptr<T>&& up) :_ptr(up._ptr){up._ptr = nullptr;}unique_ptr<T>& operator = (unique_ptr<T>&& up) {if (_ptr != up._ptr){if (_ptr)delete _ptr;_ptr = up._ptr;up._ptr = nullptr;}return *this;}T* operator & (){return _ptr;}T& operator * (){return *_ptr;}
private:T* _ptr;
};
shared_ptr
赋值重载时若是没有判断自我赋值的情况,当计数器为1时,--计数器,此时会释放资源,后面又用到*_cnt,那么就出现了空指针的解引用,(智能指针的地址和其成员变量_ptr地址一样)
template<class T>class shared_ptr{public:explicit shared_ptr(T* ptr):_ptr(ptr),_cnt(new int(1))//构造计数器就是1,代表此时新建了一个shared指针,并且这份资源开始被管理{}shared_ptr(shared_ptr<T>& sp):_ptr(sp._ptr),_cnt(sp._cnt){//拷贝构造意味着多了一个管理这份资源的shared_ptr//所以就让计数器++++(*_cnt);}shared_ptr<T>& operator=(shared_ptr<T>& sp){//赋值重载//首先让_ptr的计数器--,并且若是--之后计数器为0,则释放资源//接着让_ptr指向的资源为sp管理的资源,并且让对应的计数器++//注意:可能出现自我赋值的情况,此时判断一下就行if (_ptr != sp._ptr){if (--(*_cnt) == 0){//释放资源delete[] _ptr;delete _cnt;_ptr = nullptr;_cnt = nullptr;}//赋值_ptr = sp._ptr;_cnt = sp._cnt;++(*_cnt);}return *this;}~shared_ptr(){--(*_cnt);if (*_cnt == 0){delete[] _ptr;delete _cnt;_ptr = nullptr;_cnt = nullptr;}}T* get() const{return _ptr;}int count_use()const{return *_cnt;}private:T* _ptr;int* _cnt;};
基本的实现之后,还得处理不是new出来的资源的情况;
首先shared_ptr处理这种情况是将针对特定释放资源的仿函数、lambda表达式一类的方法传递给构造函数的第二个参数,之后这个对象在析构时就调用这个方法;
那么因为不是类型,而是具体的参数,所以shared_ptr类模板还是只有一个模板参数,但是在这个类中,要实现一份构造函数的函数模板用来接收构造时传的方法类型,从而后序能够使用;
但是这个参数在拷贝或者赋值时也要传给其他shared_ptr对象,所以应该把这个删除器类型置为成员变量,这样就能拷贝和赋值了;
这个成员变量要给缺省,因为一般情况下都是处理new出来的资源,所以不会传删除器,默认的删除器用delete;缺省值给的是方法也就是仿函数、lambda表达式,但是些方法没有固定类型,所以可以用包装器function接收。
具体代码:
template<class T>class shared_ptr{public:explicit shared_ptr(T* ptr):_ptr(ptr), _cnt(new int(1)){}//支持有删除器的构造函数template<class D>shared_ptr(T* ptr, D del): _ptr(ptr), _cnt(new int(1)), _del(del){}shared_ptr(shared_ptr<T>& sp):_ptr(sp._ptr), _cnt(sp._cnt), _del(sp._del){++(*_cnt);}shared_ptr<T>& operator=(shared_ptr<T>& sp){//赋值重载//首先让_ptr的计数器--,并且若是--之后计数器为0,则释放资源//接着让_ptr指向的资源为sp管理的资源,并且让对应的计数器++//注意:可能出现自我赋值的情况,此时判断一下就行if (_ptr != sp._ptr){if (--(*_cnt) == 0){//释放资源if (_ptr)_del(_ptr);if (_cnt)delete _cnt;_ptr = nullptr;_cnt = nullptr;}//赋值_ptr = sp._ptr;_cnt = sp._cnt;_del = sp._del;++(*_cnt);}return *this;}~shared_ptr(){--(*_cnt);if (*_cnt == 0){if(_ptr)_del(_ptr);if(_cnt)delete _cnt;_ptr = nullptr;_cnt = nullptr;}}T* get() const{return _ptr;}int use_count()const{return *_cnt;}private:T* _ptr;int* _cnt;std::function<void(T*)> _del = [](T* ptr) { delete ptr; };};
测试:
Test::shared_ptr<Date> sp1(new Date);//拷贝构造Test::shared_ptr<Date> sp2(sp1);std::cout << "sp1: " << sp1.use_count() << std::endl;//赋值重载Test::shared_ptr<Date> sp3(new Date);sp2 = sp3;std::cout <<"sp1: " << sp1.use_count() << std::endl;std::cout <<"sp3: " << sp3.use_count() << std::endl;return 0;
delete的时候会去调用析构函数,释放动态开辟的资源
其他资源的释放Test::shared_ptr<FILE> sp4(fopen("Test.cpp", "r"), Fclose());Test::shared_ptr<FILE> sp5(fopen("Test.cpp", "r"), [](FILE* ptr) { std::cout << "fclose" << std::endl; delete ptr; });Test::shared_ptr<Date> sp6(new Date[3], [](Date* ptr) {delete[] ptr; });
四、shared_ptr和weak_ptr
(1)shared_ptr循环引用

具体代码:
struct ListNode
{int _data;std::shared_ptr<ListNode> _next;std::shared_ptr<ListNode> _prev;//std::weak_ptr<ListNode> _next;//std::weak_ptr<ListNode> _prev;ListNode(int data = 0):_data(data){}~ListNode(){std::cout << "~ListNode()" << std::endl;}
};
int main()
{std::shared_ptr<ListNode> n1(new ListNode(1));std::shared_ptr<ListNode> n2(new ListNode(2));std::cout << n1.use_count() << std::endl;std::cout << n2.use_count() << std::endl;n1->_next = n2;n2->_prev = n1;std::cout << n1.use_count() << std::endl;std::cout << n2.use_count() << std::endl;return 0;
}
结果没有析构
将_next _prev的类型改为weak_ptr:
引用计数数字不变,智能指针析构时delete调用listNode的析构函数:
五、shared_ptr的线程安全
#include<thread>
struct AA
{int _a1 = 0;int _a2 = 0;~AA(){std::cout << "~AA()" << std::endl;}
};
int main()
{Test::shared_ptr<AA> p(new AA);const size_t n = 100000;mutex mtx;auto func = [&](){for (size_t i = 0; i < n; ++i){// 这⾥智能指针拷⻉会++计数Test::shared_ptr<AA> copy(p);{unique_lock<mutex> lk(mtx);copy->_a1++;copy->_a2++;}}};std::thread t1(func);std::thread t2(func);t1.join();t2.join();std::cout << p->_a1 << std::endl;std::cout << p->_a2 << std::endl;std::cout << p.use_count() << std::endl;return 0;
}
shared_ptr本身是线程安全的,但是它管理的资源不是
六、内存泄漏
什么是内存泄漏,内存泄漏的危害
