C++智能指针
智能指针
(
Smart Pointer
),
是一个来用存储指向动态分配(堆)对象指针的类。简单的说,它本身是一个类,这个类是用来存储对象指针。
一、智能指针的介绍
智能指针,就是具备指针功能同时提供安全内存回收的一个类。
它
是用一个对象来对指针进行建模,使之具有指针的特性,跟指针具有相同含义的 -> 和 * 操作.并且通过对象的构造函数(获取资源),析构资源(释放资源)来对资源进行管理,从而减少程序员对通过new操作获取到的对象的生命周期进行管理的负担。
除了能够在适当的时间自动删除指向的对象外,他们的工作机制很像C++的内置指针。智能指针在面对异常的时候格外有用,因为他们能够确保正确的销毁动态分配的对象,他们也可以用于跟踪被多用户共享的动态分配对象。
事实上,智能指针能够做的还有很多事情,例如处理线程安全,提供写时复制,确保协议,并且提供远程交互服务。有能够为这些ESP (Extremely Smart Pointers)创建一般智能指针的方法,但是并没有涵盖进来。
智能指针的大部分使用是用于生存期控制,阶段控制。它们使用operator->和operator*来生成原始指针,这样智能指针看上去就像一个普通指针。
二、智能指针的原理
当类中有指针成员时,一般有两种方式来管理指针成员:
1)采用值型的方式管理,每个类对象都保留一份指针指向的对象的拷贝;
2)更优雅的方式是使用智能指针,从而实现指针指向的对象的共享。
智能指针的一种通用实现技术是使用引用计数(reference count)。智能指针类将一个计数器与类指向的对象相关联,引用计数跟踪该类有多少个对象共享同一指针,具体实现步骤如下:
1)每次创建类的新对象时,初始化指针并将引用计数置为1;
2)当对象作为另一对象的副本而创建时,
拷贝构造函数
拷贝指针并增加与之相应的引用计数(加1);
3)对一个对象进行赋值时,赋值操作符减少左操作数所指对象的引用计数(减1,如果引用计数为减至0,则删除对象),并增加右操作数所指对象的引用计数(加1);
4)调用析构函数时,析构函数减少引用计数(减1,如果引用计数减至0,则删除基础对象)。
三、 智能指针的特点
指针可以分为泛型指针,原生指针、智能指针,它们的含义和区别如下:
1. 泛型指针
泛型指针,是指数据类型不确定的指针,它有多种含义:
(1) 指void*指针,可以指向任意数据类型,因此具有“泛型”含义。
(2) 指具有指针特性的泛型数据结构,包含泛型的迭代器、智能指针等。
广义的迭代器是一种不透明指针,能够实现遍历访问操作。通常所说的迭代器是指狭义的迭代器,即基于C++的STL中基于泛型的iterator_traits实现的类的实例。
总体来说,泛型指针和迭代器是两个不同的概念,其中的交集则是通常提到的迭代器类。
2. 原生指针
原生指针,就是普通指针,与它相对的是使用起来行为上像指针,但却不是指针。
说“原生”是指“最简朴最基本的那一种”。因为现在很多东西都抽象化理论化了,所以“以前的那种最简朴最基本的指针”只是一个抽象概念(比如iterator)的表现形式之一。
3. 智能指针
智能指针,是C++里面的概念,由于 C++ 语言没有自动内存回收机制,程序员每次得自己处理内存相关问题,但用智能指针便可以有效缓解这类问题,引入智能指针可以防止出现悬垂指针的情况。
一般是把指针封装到一个称之为智能指针类中,这个类中另外还封装了一个使用计数器,对指针的复制等操作将导致该计数器的值加1,对指针的delete操作则会减1,值为0时,释放指针,并指针为NULL
四、智能指针的实现
。
五、C++智能指针的应用分析
前段时间,在查控件的内存泄露时,最终找出一个错误:
在使用XMLDom(COM)时,由于重复使用某接口指针前未释放Dispatch指针(Release),而导致内存泄露,而此类错误(如同BSTR类型的泄漏),VC的调试器和Bondcheck均无能为力。解决办法,似乎只有细心一途,但只要稍稍仔细看看,就可发现,实际上如果正确使用VC提供的智能指针,是可以避免此问题的。
另外,一直为Java程序员津津乐道的内存使用无需管理的优势,一直知道用C++的智能指针可以模拟。但一直没实际动手做过,趁此分析之机,用C++简单包装了一个。反正粗看之下,可以达到与Java类似的效果,当然,C++的对象更高效且节省内存。
就以上所提到的,简单罗列几点:
1)关于纠错,MFC和ATL中智能指针的应用
1. 在Windows中如何方便的查看当前进程使用的内存。
虽然代码简单,但对纠错时有大用处,不用不停的通过切换任务管理器来查看内存使用。代码如下:
UINT C_BaseUtil::getProcessMemoryUsed() { UINT uiTotal = 0L; HANDLE hProcess = ::GetCurrentProcess(); return uiTotal; |
2)在使用Com的Dispatch指针时,如果不使用COM智能指针,容易出现的错误
IXMLDOMDocument *pDoc = NULL; CoCreateInstance(...) …… pDoc->Release(); |
错误:如果中间代码发生异常,则pDoc未能正常释放,造成内存泄露。
IXMLDOMNode *pNode = NULL;
if(FAILED(pDoc->selectSingleNode(_bstr_t("Workbook"), &pNode)) || pNode==NULL) |
错误:pNode未释放就开始第二次调用,造成内存泄露。或者类似pNode = pNode2的这种写法,也随手就出问题了。
if(pNode) {pNode->Release();pNode=NULL;}
3)使用MFC提供的Com智能指针解决上述问题
注意:可通过查看源码,看到#import生成的智能指针的原型是_com_ptr_t。
3.1
IXMLDOMDocumentPtr docPtr = NULL; docPtr.CreateInstance(...) …… |
这下不会有问题了,因为docPtr在析构时会有正确的释放处理。
3.2
IXMLDOMNodePtr nodePtr = NULL;
if(FAILED(pDoc->selectSingleNode(_bstr_t("Workbook"), &nodePtr)) || nodePtr==NULL) |
不会出错了,因为_com_ptr_t重载了&操作符,在取指针时,有如下操作:
Interface** operator&() throw() { _Release(); m_pInterface = NULL; return &m_pInterface; } |
3.3
nodePtr = nodePrt2 ,也不会有问题:
仔细查看源码,在=操作符中会调用Attach,而Attach的做法是,会先调用_Release();
3.4
再看看值传递,拷贝构造函数如下
template<> _com_ptr_t(const _com_ptr_t& cp) throw() : m_pInterface(cp.m_pInterface) { _AddRef(); } |
嗯,也不会有问题。
3.5
不要在Com智能指针的生命期如果在::CoUninitailize之后,那请在调用::CoUninitailize之前,强制调用MyComPtr = NULL;达到强制释放的目的,否则会出错。
不要混用智能指针和普通Dispatch指针,不要调用MyComPtr->Release(),这违背智能指针的原意,会在析构时报错。
4)使用ATL提供智能指针:CComPtr或是CComQIPtr
如果不使用MFC框架,要自已包装IDispatch,生成智能指针,还可以使用ATL提供的智能指针。查看源码,并参照《深入解析ATL》一书,发现实现与_com_ptr_t大同小异,效果一致。
六、C++智能指针的标准实现
1)标准C++的智能指针
1.1 auto_ptr要求一个对象只能有一个拥有者,严禁一物二主。
比如以下用法是错误的。
classA *pA = new classA; auto_ptr<classA> ptr1(pA); auto_ptr<classA> ptr2(pA); |
1.2 auto_ptr是不能以传值方式进行传递的。
因为所有权的转移,会导致传入的智能指针失去对指针的所有权。如果要传递,可以采用引用方式,利用const引用方式还可以避免程序内其它方式的所有权的转移。就其所有权转移的做法:可以查看auto_ptr的拷贝构造和=操作符的源码,此处略。
1.3 其它注意事项:
a、不支持数组。
b、注意其Release语意,它没有引用计数,与com提供的智能指针不同。Release是指释放出指针,即交出指针的所有权。
c、auto_ptr在拷贝构造和=操作符时的特珠含义,决定它不能做为STL标准容器的成员。
好了,看了上面的注意事项,特别是第三条,基本上可以得出结论:在实际应用场合,auto_ptr基本没什么应用价值的。
2)如何得到支持容器的智能指针
我们利用auto_ptr的原型,制作一个引用计数的智能指针,则时让它支持STL容器的标准。实现代码很简单,参照了《C++标准程序库》中的代码,关键代码如下:
template<class T> class CountedPtr { private: T *ptr = NULL; long *counter = NULL; public: explicit CountedPtr(T *p = NULL) : ptr(p),count(new long(1){} // 构造 ~CountedPtr() {Release();} // 析构 CountedPtr(cont CountedPtr<T> &p) : ptr(p.ptr),count(p.count) {++*counter;} // 拷贝构造 // = 操作符 CountedPtr<T>& operator= (const CountedPtr<T>& p) { if(this!=&p) { Release(); ptr = p.ptr; counter = p.counter; ++*counter; } return *this; } // 其它略 // .... private: void Release() { if(--*counter == 0) { delete counter; delete ptr; counter = NULL; ptr = NULL; } } }
参考推荐:
智能指针
(百度百科)
Smart pointer
(wiki)
android sp wp
(
推荐
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原文: C++智能指针
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