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C++ 智能指针 (一) std::auto_ptr

作者:orbitgw
  • 2023-02-12
    重庆
  • 本文字数:2127 字

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C++ 智能指针(一) std::auto_ptr

本文首发于 CSDN:https://blog.csdn.net/weixin_43130747/article/details/128702195

前言 - 什么是智能指针?

在全文开始之前,我们先来看一段代码:

class Object{public:    Object(){cout<<"Create Object"<<endl;}    ~Object(){cout<<"Free Resources"<<endl;}    void run(){        throw -1;    }};int main(){    try{        {            Object* pObj = new Object();            pObj->run();            delete pObj;        }    }catch(...){
}}
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执行这段代码我们只会得到"Create Object"的输出,这表明析构函数没有被调用。有时候我们会忘记 delete,有些时候,就像上面的代码一样,中途发生异常也会导致对象无法正常地释放资源,从而导致内存泄漏。


对此,C++之父 Bjarne Stroustrup 提出了 RAII(Resource Acquisition Is Initialization) 机制,翻译过来就是“资源获取就是初始化”。RAII 要求由对象的构造函数完成资源的分配,同时由析构函数,完成资源的释放。在这种要求下,只要对象能正确地析构,就不会出现资源泄露问题。而 C++智能指针 正是 RAII 的实践。


C++ STL 提供了四种智能指针:std::auto_ptrstd::unique_ptrstd::shared_ptrstd::weak_ptr。它们包含在<memory>之中。在本篇,我们会讲std::auto_ptr

std::auto_ptr

auto_ptr 是 C++98 提出的一种智能指针,它在 C++11 中就已经被弃用,在 C++17 中就完全去除了它。因为 auto_ptr 有很多局限性。所以,在我们实际的开发中不建议使用,但是它还是有必要讲的。在本文中,我们会先讲它的用法,再讲它的局限。

auto_ptr 的使用

创建 auto_ptr 的方法如下:(其余的智能指针创建方法也都于此相同,后面就不多赘述了)


auto_ptr<Object> pObj(new Object());
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Notice:

注意不能使用如下的方式创建,因为其构造函数阻止了隐式转换:

//The following code is incorrect
auto_ptr<Object> pObj = new Object();

常用成员方法:

其中 get()operator*()operator->()为观察器,reset()release()为修改器。

1. get()方法

要获取其托管对象的地址可以使用 get()方法:

auto_ptr<Object> pObj(new Object);Object* pObj1 = pObj.get();delete pObj1;
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2. release()方法

如果我们此时想要取消托管,可以使用 release()方法,这个函数会取消智能指针的所有权,并返回托管对象的地址:


auto_ptr<Object> pObj(new Object);Object* pObj1 = pObj.release();delete pObj1;
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3. reset()方法

要替换管理对象,可以使用 reset()方法。如果传入的为空,则释放托管对象资源并置空,如果传入另一指针,先释放前一指针,再托管后面的:


class Object{public:    Object(){cout<<"Create Object"<<endl;}    ~Object(){cout<<"Free Resources"<<endl;}    void run(){        throw -1;    }public:    int num=100;};int main(){    auto_ptr<Object> pObj(new Object());    cout<<"Addr: "<<pObj.get()<<endl;    pObj.reset(new Object());    cout<<"Addr: "<<pObj.get()<<endl;}
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输出如下:


Create ObjectAddr: 0x26622b0Create ObjectFree ResourcesAddr: 0x26622f0Free Resources
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4. operator=()

转移 auto_ptr 所有权,下面的代码将 pObj1 的所有权转交给了 pObj2:


auto_ptr<Object> pObj1(new Object());auto_ptr<Object> pObj2 = pObj1;
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Notice:注意这里不要与前面创建不能使用“=”搞混了,这里是重载赋值,而前面是隐式转换。

5. operator*() & operator->()

如果要访问托管的对象可以使用*,访问托管对象的成员可以使用->


auto_ptr<Object> pObj(new Object);cout<<pObj->num;
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auto_ptr 的局限性

首先,auto_ptr 意义不明确,使用浅拷贝方式时,两个对象拥有同一块资源,这样就会调用两次析构函数,有可能导致程序崩溃:


class Object{public:    Object(){cout<<"Create Object"<<endl;}    ~Object(){cout<<"Free Resources"<<endl;}    void run(){        throw -1;    }};int main(){    Object* pObj = new Object();
auto_ptr<Object> pObj1(pObj); auto_ptr<Object> pObj2(pObj);}
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结果如下:


Create ObjectFree ResourcesFree Resources
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并且 auto_ptr 没有引用计数,转移所有权以后,如果在后面访问了前面对象的成员,程序就会 Crash:


class Object{public:    Object(){cout<<"Create Object"<<endl;}    ~Object(){cout<<"Free Resources"<<endl;}    void run(){        throw -1;    }public:    int num=100;};int main(){    Object* pObj = new Object;    auto_ptr<Object> pObj1(pObj);    auto_ptr<Object> pObj2(pObj1);    cout<<pObj1->num;}
复制代码


可以看到 pObj2 已经拥有所有权,再访问pObj1->num就会报错



此外 auto_ptr 对象并不能作为 STL 容器的元素,因为 C++的 STL 容器对于容器元素类型的要求是有值语义,即可以赋值和复制,auto_ptr 在赋值和复制时都进行了特殊操作;也不能声明为数组,因为 auto_ptr 无法识别数组,其内部析构时是用的delete而非delete [],它只会析构一次,导致内存泄漏:


int main(){    Object* pObj = new Object[3];    auto_ptr<Object> pObj1(pObj);}
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输出结果为:


Create ObjectCreate ObjectCreate ObjectFree Resources
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