独占的智能指针

苏丙榅2021-03-032023-04-06

配套视频课程已更新完毕，大家可通过以下两种方式观看视频讲解：

在C++中没有垃圾回收机制，必须自己释放分配的内存，否则就会造成内存泄露。解决这个问题最有效的方法是使用智能指针（smart pointer）。智能指针是存储指向动态分配（堆）对象指针的类，用于生存期的控制，能够确保在离开指针所在作用域时，自动地销毁动态分配的对象，防止内存泄露。智能指针的核心实现技术是引用计数，每使用它一次，内部引用计数加1，每析构一次内部的引用计数减1，减为0时，删除所指向的堆内存。

C++11中提供了三种智能指针，使用这些智能指针时需要引用头文件<memory>：

std::shared_ptr：共享的智能指针
std::unique_ptr：独占的智能指针
std::weak_ptr：弱引用的智能指针，它不共享指针，不能操作资源，是用来监视shared_ptr的。

1. 初始化

std::unique_ptr是一个独占型的智能指针，它不允许其他的智能指针共享其内部的指针，可以通过它的构造函数初始化一个独占智能指针对象，但是不允许通过赋值将一个unique_ptr赋值给另一个unique_ptr。

// 通过构造函数初始化对象
unique_ptr<int> ptr1(new int(10));
// error, 不允许将一个unique_ptr赋值给另一个unique_ptr
unique_ptr<int> ptr2 = ptr1;

std::unique_ptr不允许复制，但是可以通过函数返回给其他的std::unique_ptr，还可以通过std::move来转译给其他的std::unique_ptr，这样原始指针的所有权就被转移了，这个原始指针还是被独占的。

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

unique_ptr<int> func()
{
    return unique_ptr<int>(new int(520));
}

int main()
{
    // 通过构造函数初始化
    unique_ptr<int> ptr1(new int(10));
    // 通过转移所有权的方式初始化
    unique_ptr<int> ptr2 = move(ptr1);
    unique_ptr<int> ptr3 = func();

    return 0;
}

unique_ptr独占智能指针类也有一个reset方法，函数原型如下：

1	void reset( pointer ptr = pointer() ) noexcept;

使用reset方法可以让unique_ptr解除对原始内存的管理，也可以用来初始化一个独占的智能指针。

int main()
{
    unique_ptr<int> ptr1(new int(10));
    unique_ptr<int> ptr2 = move(ptr1);

    ptr1.reset();
    ptr2.reset(new int(250));

    return 0;
}

ptr1.reset();解除对原始内存的管理
ptr2.reset(new int(250));重新指定智能指针管理的原始内存

如果想要获取独占智能指针管理的原始地址，可以调用get()方法，函数原型如下：

1	pointer get() const noexcept;

int main()
{
    unique_ptr<int> ptr1(new int(10));
    unique_ptr<int> ptr2 = move(ptr1);

    ptr2.reset(new int(250));
    cout << *ptr2.get() << endl;	// 得到内存地址中存储的实际数值 250

    return 0;
}

2. 删除器

unique_ptr指定删除器和shared_ptr指定删除器是有区别的，unique_ptr指定删除器的时候需要确定删除器的类型，所以不能像shared_ptr那样直接指定删除器，举例说明：

shared_ptr<int> ptr1(new int(10), [](int*p) {delete p; });	// ok
unique_ptr<int> ptr1(new int(10), [](int*p) {delete p; });	// error

int main()
{
    using func_ptr = void(*)(int*);
    unique_ptr<int, func_ptr> ptr1(new int(10), [](int*p) {delete p; });

    return 0;
}

在上面的代码中第7行，func_ptr的类型和lambda表达式的类型是一致的。在lambda表达式没有捕获任何变量的情况下是正确的，如果捕获了变量，编译时则会报错：

int main()
{
    using func_ptr = void(*)(int*);
    unique_ptr<int, func_ptr> ptr1(new int(10), [&](int*p) {delete p; });	// error
    return 0;
}

上面的代码中错误原因是这样的，在lambda表达式没有捕获任何外部变量时，可以直接转换为函数指针，一旦捕获了就无法转换了，如果想要让编译器成功通过编译，那么需要使用可调用对象包装器来处理声明的函数指针：

int main()
{
    using func_ptr = void(*)(int*);
    unique_ptr<int, function<void(int*)>> ptr1(new int(10), [&](int*p) {delete p; });
    return 0;
}