C++11智能指针unique_ptr用法使用场景分析

2024-04-02 19:55

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一、概述

C++ 标准模板库 STL（Standard Template Library）一共给我们提供了四种智能指针：auto_ptr、unique_ptr、shared_ptr 和 weak_ptr，其中 auto_ptr 是 C++98 提出的，C++11 已将其摒弃，并提出了 unique_ptr 替代 auto_ptr。虽然 auto_ptr 已被摒弃，但在实际项目中仍可使用，但建议使用更加安全的 unique_ptr，后文会详细叙述。shared_ptr 和 weak_ptr 则是 C+11 从准标准库 Boost 中引入的两种智能指针。此外，Boost 库还提出了 boost::scoped_ptr、boost::scoped_array、boost::intrusive_ptr 等智能指针，虽然尚未得到 C++ 标准采纳，但是在开发实践中可以使用。

二、实现原理

unique_ptr 是 C++ 11 提供的用于防止内存泄漏的智能指针中的一种实现，即使在异常发生时也可帮助避免资源泄露。
unique_ptr实现了独享被管理对象指针的概念，这意味这它可确保一个对象和其对应的资源同一时间只被一个pointer拥有。一旦拥有者被销毁或者变成empty或者开始拥有另一个对象，先前拥有的那个对象就会被销毁，其任何相应资源亦会被释放。
unique_ptr具有->和*运算符重载符，因此它可以像普通指针一样使用。

三、使用场景

先看不使用智能指针，写代码时的痛点，有可能忘记delete对象，在某处return的时候，或者在某处抛出异常，导致末尾的delete语句就没机会被调用，导致内存泄漏。在还是只new一个对象，如果new2，3甚至更多对象，那管理起来，代码变的比较复杂，而且累赘。

这是一种不好的编程风格，应该避免，因为它复杂而又容易出错。


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

class A {};
int main()
{
	A* ptrA = new A;
	try
	{
		//...
		//...
		//...
		//...
		//...
	}
	catch (...)
	{
		delete ptrA;		//1
		throw;
	}

	delete ptrA;			//2
	return 0;
}

了解了这个痛点，那么本篇的主角unique_ptr就该闪亮登场了。

unique_ptr对象可以在自身被销毁时释放其所指向的数据。并且unique_ptr它所指向的对象只有一个拥有者。

上面糟心的代码就可以用unique_ptr来优化，在也不需要delete和catch子句。


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

class A {};
int main()
{
	unique_ptr<A> upA(new A);
	
	//...
	//...

	return 0;
}

四、unique_ptr的目的

获取某些资源
执行某些操作
将取得的资源释放掉

五、常用操作


unique_ptr<int> up1(new int(1));//ok
unique_ptr<int> up2 = new int(1);//error

构造函数1：可以用原始指针当实参传给构造函数。

但不能使用=赋值符，那样的话会报错，“无法从“int *”转换为“std::shared_ptr”，是不是很熟悉。

这点和share_ptr一致

构造函数2：make_unique函数


unique_ptr<string> up4 = make_unique<string>("hello");//ok

构造函数3


int* p = new int;
unique_ptr<int> up5(p);//ok
unique_ptr<int> up6(p);//logic error,这个是运行期错误，程序员必须避免这样的失误

这样的问题在于sp1,sp2,在丢失p的拥有权时释放相应资源，即会执行两次delete p操作。

不可以对unique_ptr执行copy或者assign操作，只能move，将拥有权移交给另一个unique_ptr


	int* p = new int;
	unique_ptr<int> up5(p);//ok
	unique_ptr<int> up6(up5);//error
	unique_ptr<int> up7(move(up5));//ok

操作	效果
unique_ptr up	Default构造函数，建立一个empty unique pointer
unique_ptr up(ptr)	建立unique pointer令其拥有*ptr
unique_ptr up(nullptr)	建立一个empty unique pointer
unique_ptr up(move(up2))	建立一个unique pointer，拥有up2之前拥有的pointer（up2将为empty）
up.~unique_ptr()	析构函数，调用deleter
up=up2	赋值（sp将共享sp2的拥有权，放弃其先前索拥有对象的所有权）
up=move(up2)	move assignment(sp2将拥有权移交给up)
up=nullptr	对一个被拥有物调用delete，i并令为空（等价up.reset()）
up1.swap(up2)==swap(up1,up2)	交换up1，up2的pointer
up.reset()	放弃拥有权，并重新初始化，使它=empty
up.reset(ptr)	放弃拥有权，重新初始化（拥有*ptr）
make_unique(…)	为一个新对象（以传入的实参为初值）建立一个unique pointer
up.get()	返回存储的pointer，就是返回原始指针，对该原始指针如果执行delete，会异常。
*up	同上
up->	为拥有物提供成员访问
if(up)	判断sp是否empty
get_deleter(up)	返回deleter的地址（如果有的话），没有返回nullptr