1.簡(jiǎn)介

C++作為一門應(yīng)用廣泛的高級(jí)編程語言，卻沒有像Java、C#等語言擁有垃圾回收（Garbage Collection ）機(jī)制來自動(dòng)進(jìn)行內(nèi)存管理，這也是C++一直被詬病的一點(diǎn)。C++在發(fā)展的過程中，一直致力于解決內(nèi)存泄漏，C++雖然基于效率的考慮，沒有采用垃圾回收機(jī)制，但從C++98開始，推出了智能指針（Smart Pointer）來管理內(nèi)存資源，以彌補(bǔ)C++在內(nèi)存管理上的技術(shù)空白。

智能指針是C++程序員們一件管理內(nèi)存的利器，使用智能指針管理內(nèi)存資源，實(shí)際上就是將申請(qǐng)的內(nèi)存資源交由智能指針來管理，是RAII技術(shù)的一種實(shí)現(xiàn)。RAII是C++的之父Bjarne Stroustrup教授提出的概念，RAII全稱是“Resource Acquisition is Initialization”，直譯過來是“資源獲取即初始化”，也就是說在構(gòu)造函數(shù)中獲取資源，在析構(gòu)函數(shù)中釋放資源。因?yàn)镃++的語言機(jī)制保證了，當(dāng)一個(gè)對(duì)象創(chuàng)建的時(shí)候，自動(dòng)調(diào)用構(gòu)造函數(shù)，當(dāng)對(duì)象超出作用域的時(shí)候會(huì)自動(dòng)調(diào)用析構(gòu)函數(shù)。所以，在RAII的指導(dǎo)下，我們應(yīng)該使用類來管理資源，將資源和對(duì)象的生命周期綁定。

“資源獲取即初始化”，在使用智能指針管理內(nèi)存資源時(shí)，“資源”指的是通過new或malloc申請(qǐng)的內(nèi)存資源，“初始化”指的是使用申請(qǐng)的內(nèi)存資源來初始化棧上的智能指針類對(duì)象。使用智能指針管理內(nèi)存資源的好處顯而易見，通過智能指針對(duì)象在聲明周期結(jié)束時(shí)，自動(dòng)調(diào)用析構(gòu)函數(shù)，在析構(gòu)函數(shù)中完成對(duì)內(nèi)存資源的釋放，即自動(dòng)的調(diào)用內(nèi)存資源的釋放代碼，避免因忘記對(duì)內(nèi)存資源的釋放導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。

2.實(shí)例

下面看一個(gè)使用由C++11引入的智能指針unique_ptr來管理內(nèi)存資源的例子。

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

class A
{
public:
	A() {}
	~A() 
	{
		cout<<"A's destructor"<<endl;
	}
	void Hello() 
	{
		cout<<"use smart pointer to manage memory resources as far as possible"<<endl;
	}
};

int main()
{
	unique_ptr<A> pA(new A);
	pA->Hello();
	return 0;
}

程序輸出：

use smart pointer to manage memory resources as far as possible
A's destructor

可見在main()函數(shù)結(jié)束后，類A的析構(gòu)函數(shù)被自動(dòng)調(diào)用，完成了內(nèi)存資源了釋放。

在創(chuàng)建智能指針對(duì)象時(shí)，也可以暫時(shí)不指定內(nèi)存資源，先創(chuàng)建一個(gè)空的智能指針對(duì)象?？罩悄苤羔槍?duì)象不可以進(jìn)行任何操作，但可以使用 get() 成員函數(shù)來判斷是否存在內(nèi)存資源，如果為空則可以指定內(nèi)存資源。類似于如下操作：

unique_ptr<int> pInt;
if (pInt.get()==nullptr)
{
	pInt.reset(new int(8));
	cout<<*pInt<<endl;
}

使用 unique_ptr 智能指針來管理內(nèi)存資源時(shí)，是對(duì)內(nèi)存資源的獨(dú)占式管理，即內(nèi)存資源的所有權(quán)不能進(jìn)行共享，同一時(shí)刻只能有一個(gè) unique_ptr 對(duì)象占有某個(gè)內(nèi)存資源。如果發(fā)生賦值或拷貝構(gòu)造，則會(huì)在編譯期報(bào)錯(cuò)，因?yàn)閡nique_ptr禁止了拷貝語義，提高了代碼的安全性。

unique_ptr<int> pInt(new int(8));
unique_ptr<int> pInt1=pInt；	//編譯報(bào)錯(cuò)
unique_ptr<int> pInt2(pInt)；	//編譯報(bào)錯(cuò)

當(dāng)然，可以通過移動(dòng)語義完成內(nèi)存資源的所有權(quán)轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移之后，原智能指針對(duì)象變?yōu)榭罩悄苤羔槍?duì)象，不能再對(duì)內(nèi)存資源進(jìn)行任何操作，否則會(huì)發(fā)生運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤，但我們也可以使用get()成員函數(shù)進(jìn)行判空處理。

unique_ptr<int> pInt(new int(8));
unique_ptr<int> pInt1=std::move(pInt)；		//轉(zhuǎn)移所有權(quán)
*pInt=6;																//對(duì)空智能指針進(jìn)行賦值操作將報(bào)運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤
if(!pInt.get())														//判空處理更安全
{
	*pInt=6;
}

獨(dú)占式的內(nèi)存資源管理可以使用 unique_ptr 來完成，但是如果想對(duì)內(nèi)存資源進(jìn)行共享式管理，那么 unique_ptr 就無能為力了。shared_prt 使用引用計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)存資源的共享式管理，當(dāng)對(duì)內(nèi)存資源的引用計(jì)數(shù)變?yōu)?時(shí)，由最后一個(gè)對(duì)內(nèi)存資源擁有管理權(quán)的智能指針對(duì)象完成對(duì)內(nèi)存資源的釋放。

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

class A
{
public:
	A() {}
	~A()
	{
		cout << "A's destructor" << endl;
	}
	void Hello()
	{
		cout << "use smart pointer to manage memory resources as far as possible" << endl;
	}
};

int main()
{
	shared_ptr<A> spInt(new A);		//接管內(nèi)存資源
	cout << "reference count "<<spInt.use_count() << endl;
	shared_ptr<A> spInt1 = spInt;	//spInt1獲取內(nèi)存資源的管理權(quán)
	spInt1->Hello();
	cout << "reference count " << spInt.use_count() << endl;
	spInt1.reset();						//spInt1放棄對(duì)內(nèi)存資源的管理權(quán)
	cout << "reference count " << spInt.use_count() << endl;
}

程序編譯運(yùn)行結(jié)果：

reference count 1
use smart pointer to manage memory resources as far as possible
reference count 2
reference count 1
A's destructor

3.智能指針使用注意事項(xiàng)

智能指針雖然增強(qiáng)了安全性，避免了潛在的內(nèi)存泄漏，但是我們?cè)谑褂脮r(shí)還是應(yīng)該遵守一定的規(guī)則，以保證代碼的健壯性。
（1）smart_ptr<T> 不等于 T*，使用時(shí)不能完全按照T*來使用。因?yàn)閟mart_ptr<T>本質(zhì)上是類對(duì)象，一個(gè)用于管理內(nèi)存資源的智能指針類對(duì)象，而T*是一個(gè)指向類型T的指針，二者不能隨意地轉(zhuǎn)換和賦值；

（2）使用獨(dú)立的語句將newed對(duì)象置入智能指針，因?yàn)槭褂门R時(shí)智能指針對(duì)象可能會(huì)引發(fā)內(nèi)存泄漏。比如下面的語句：

process(shared_ptr<A>(new A),foo());

實(shí)際上對(duì) process() 函數(shù)調(diào)用時(shí)編譯器需要完成如下三步為process()準(zhǔn)備好實(shí)參。

（1）調(diào)用函數(shù)foo()；
（2）執(zhí)行new A表達(dá)式；
（3）調(diào)用shared_ptr<A>構(gòu)造函數(shù)，初始化智能指針對(duì)象。

實(shí)際上，不同的編譯器在執(zhí)行上述三個(gè)語句時(shí)可能會(huì)有不同的順序，如果編譯器將（2.2）放在（2.1）之前執(zhí)行，執(zhí)行順序如下：

（1）執(zhí)行new A表達(dá)式；
（2）調(diào)用函數(shù)foo()；
（3）調(diào)用shared_ptr<A>構(gòu)造函數(shù)，初始化智能指針對(duì)象。

如果在調(diào)用函數(shù)foo()時(shí)拋出異常，那么new A表達(dá)式產(chǎn)生的指向堆對(duì)象指針將會(huì)丟失，于是產(chǎn)生了內(nèi)存泄漏。解決辦法就是使用獨(dú)立的語句將newed對(duì)象置入智能指針，做法如下：

shared_ptr<A> spA(new A);
process(spA,foo());

以上就是C++如何用智能指針管理內(nèi)存資源的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于c++ 智能指針管理內(nèi)存的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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