C++學(xué)習(xí)之移動(dòng)語(yǔ)義與智能指針詳解
移動(dòng)語(yǔ)義
1.幾個(gè)基本概念的理解
(1)可以取地址的是左值，不能取地址的就是右值,右值可能存在寄存器，也可能存在于棧上(短暫存在棧)上
(2)右值包括：臨時(shí)對(duì)象、匿名對(duì)象、字面值常量
(3)const 左值引用可以綁定到左值與右值上面，稱為萬(wàn)能引用。正因如此，也就無(wú)法區(qū)分傳進(jìn)來(lái)的參數(shù)是左值還是右值。
const int &ref = a;//const左值引用可以綁定到左值 const int &ref1 = 10;//const左值引用可以綁定到右值
(4)右值引用:只能綁定到右值不能綁定到左值
2.移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)
注意：
移動(dòng)函數(shù)(移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)和移動(dòng)賦值運(yùn)算符函數(shù))優(yōu)先于復(fù)制函數(shù)(拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值運(yùn)算符函數(shù))的執(zhí)行；具有移動(dòng)語(yǔ)義的函數(shù)(移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)和移動(dòng)賦值運(yùn)算符函數(shù))優(yōu)先于具有復(fù)制控制語(yǔ)義函數(shù)(拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值運(yùn)算符函數(shù))的執(zhí)行
String(String &&rhs)
: _pstr(rhs._pstr)
{
cout << "String(String &&)" << endl;
rhs._pstr = nullptr;
}
3.移動(dòng)賦值函數(shù)
String &operator=(String &&rhs)
{
cout << "String &operator=(String &&)" << endl;
if(this != &rhs)//1、自移動(dòng)
{
delete [] _pstr;//2、釋放左操作數(shù)
_pstr = nullptr;
_pstr = rhs._pstr;//3、淺拷貝
rhs._pstr = nullptr;
}
return *this;//4、返回*this
}
4.std::move函數(shù)
std::move:
原理：將左值轉(zhuǎn)換為右值，在內(nèi)部其實(shí)上是做了一個(gè)強(qiáng)制轉(zhuǎn)換，static_cast<T &&>(lvaule)。將左值轉(zhuǎn)換為右值后，左值就不能直接使用了，如果還想繼續(xù)使用，必須重新賦值。std::move()作用于內(nèi)置類(lèi)型沒(méi)有任何作用，內(nèi)置類(lèi)型本身是左值還是右值，經(jīng)過(guò)std::move()后不會(huì)改變。
5.面試題，關(guān)于實(shí)現(xiàn)String
#include <iostream>
#include <string>
using std::string;
using std::cout;
using std::endl;
class String
{
public:
//(當(dāng)傳遞右值的時(shí)候)具有移動(dòng)語(yǔ)義的函數(shù)優(yōu)先于具有復(fù)制控制語(yǔ)義的函數(shù)
//移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)(只針對(duì)右值)
String(String &&rhs)
: _pstr(rhs._pstr)
{
cout << "String(String &&)" << endl;
rhs._pstr = nullptr;
}
//移動(dòng)賦值運(yùn)算符函數(shù)(傳入右值)
String &operator=(String &&rhs)
{
cout << "String &operator=(String &&)" << endl;
if(this!=&rhs){ //不能自復(fù)制
delete [] _pstr;//釋放左操作數(shù)
_pstr = nullptr;
_pstr=rhs._pstr;//轉(zhuǎn)移右操作的資源
rhs._pstr=nullptr;//釋放右值
}
return *this;
}
private:
char* _pstr;
};
資源管理和智能指針
一、C語(yǔ)言中的問(wèn)題
C語(yǔ)言在對(duì)資源管理的時(shí)候，比如文件指針，由于分支較多，或者由于寫(xiě)代碼的人與維護(hù)的人不一致，導(dǎo)致分支沒(méi)有寫(xiě)的那么完善，從而導(dǎo)致文件指針沒(méi)有釋放，所以可以使用C++的方式管理文件指針。。。
class SafeFile
{
public:
//在構(gòu)造的時(shí)候托管資源(fp)
SafeFile(FILE *fp)
: _fp(fp)
{
cout << "SafeFile(FILE *)" << endl;
if(nullptr==fp)
{
cout << "nullptr == _fp " << endl;
}
}
//提供若干訪問(wèn)資源的方法
void write(const string &msg)
{
fwrite(msg.c_str(),1,msg.size(),_fp); //調(diào)用c語(yǔ)言的函數(shù)往_fp輸入數(shù)據(jù)
}
//在銷(xiāo)毀(析構(gòu))時(shí)候釋放資源(fp)
~SafeFile()
{
cout << "~SafeFile()" << endl;
if(_fp)
{
fclose(_fp);
cout << "fclose(_fp)" << endl;
}
}
private:
FILE *_fp;
};
void test()
{
string s1 = "hello,world\n";
SafeFile sf(fopen("text.txt","a+"));
sf.write(s1);
}
二、C++的解決辦法（RAII技術(shù)）
1)概念：資源管理 RAII 技術(shù)，利用對(duì)象的生命周期管理程序資源(包括內(nèi)存、文件句柄、鎖等)的技術(shù),因?yàn)閷?duì)象在離開(kāi)作用域的時(shí)候，會(huì)自動(dòng)調(diào)用析構(gòu)函數(shù)
2)關(guān)鍵：要保證資源的釋放順序與獲取順序嚴(yán)格相反。。正好是析構(gòu)函數(shù)與構(gòu)造函數(shù)的作用
3)RAII常見(jiàn)特征
1、在構(gòu)造時(shí)初始化資源，或者托管資源。
2、析構(gòu)時(shí)釋放資源。
3、一般不允許復(fù)制或者賦值(值語(yǔ)義-對(duì)象語(yǔ)義)
4、提供若干訪問(wèn)資源的方法。
4)區(qū)分：值語(yǔ)義：可以進(jìn)行復(fù)制與賦值。
5)對(duì)象語(yǔ)義：不能進(jìn)行復(fù)制與賦值，一般使用兩種方法達(dá)到要求：
(1)、將拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值運(yùn)算符函數(shù)設(shè)置為私有的就 ok 。
(2)、將拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值運(yùn)算符函數(shù)使用=delete.
6)RAII技術(shù)代碼
template <typename T>
class RAII
{
public:
//通過(guò)構(gòu)造函數(shù)托管資源
RAII(T *data)
: _data(data)
{
std::cout<< "RAII(T *)" << std::endl;
}
//訪問(wèn)資源的方法
T *operator->()
{
return _data;
}
T &operator*()
{
return *_data;
}
T *get()const
{
return _data;
}
void reset(T *data)
{
if(_data)
{
delete _data;
_data = nullptr;
}
_data = data;
}
//不能賦值和復(fù)制
RAII(const RAII&rhs) = delete;
RAII&operator=(const RAII&rhs)=delete;
//通過(guò)析構(gòu)函數(shù)釋放資源
~RAII()
{
cout << "~RAII()" << endl;
if(_data)
{
delete _data;
_data = nullptr;
}
}
private:
T *_data;
};
void test3()
{
//這里沒(méi)給出Point類(lèi)的實(shí)現(xiàn)方式
RAII<Point> ppt(new Point(1,2));
cout<<"ppt = ";
ppt->print();
cout<<endl;
}
三、四種智能指針
RAII的對(duì)象ppt就有智能指針的雛形。
1、auto_ptr.cc
最簡(jiǎn)單的智能指針，使用上存在缺陷，所以被棄用。。。(C++17已經(jīng)將其刪除了)
2、unique_ptr
比auto_ptr安全多了，明確表明是獨(dú)享所有權(quán)的智能指針，所以不能進(jìn)行復(fù)制與賦值。
unique_ptr<int> up(new int(10));
cout<<"*up="<<*up<<endl; //打印10
cout<<"up.get() = "<<up.get()<<endl; //獲取托管的指針的值,也就是10的地址
cout << endl << endl;
/* unique_ptr<int> up2(up);//error,獨(dú)享資源的所有權(quán),不能進(jìn)行復(fù)制 */
unique_ptr<int> up4(std::move(up)); //通過(guò)移動(dòng)語(yǔ)義轉(zhuǎn)移up的所有權(quán)
cout<<"*up="<<*up4<<endl;
cout<<"up.get() = "<<up4.get()<<endl;
unique_ptr<Point> up5(new Point(3,4));//通過(guò)移動(dòng)語(yǔ)義轉(zhuǎn)移up的所有權(quán)
vector<unique_ptr<Point>> numbers;
numbers.push_back(unique_ptr<Point>(new Point(1,2)));
numbers.push_back(std::move(up5));
3、shared_ptr
shared_ptr<int> sp(new int(10));
cout << "*sp = " << *sp << endl; //打印10
cout << "sp.get() = " << sp.get() << endl; //地址
cout << "sp.use_count() = " << sp.use_count() << endl; //引用次數(shù)為1
cout<<endl<<endl;
//提前結(jié)束棧對(duì)象
{
shared_ptr<int> sp2(sp);//共享所有權(quán),使用淺拷貝
cout << "*sp = " << *sp << endl;
cout << "sp.get() = " << sp.get() << endl;
cout << "sp.use_count() = " << sp.use_count() << endl;
cout << "*sp2 = " << *sp2 << endl;
cout << "sp2.get() = " << sp2.get() << endl; //地址都一樣
cout << "sp2.use_count() = " << sp2.use_count() << endl; //引用次數(shù)加1，變?yōu)?了
}
cout << "sp.use_count() = " << sp.use_count() << endl; //又變?yōu)?了
cout << endl << endl;
shared_ptr<Point> sp4(new Point(3.4));//通過(guò)移動(dòng)語(yǔ)義轉(zhuǎn)移sp的所有權(quán)
vector<shared_ptr<Point>> numbers;
numbers.push_back(shared_ptr<Point> (new Point(1,2)));
numbers.push_back(sp4);
numbers[0]->print();
numbers[1]->print();
3.1、循環(huán)引用
該智能指針在使用的時(shí)候，會(huì)使得引用計(jì)數(shù)增加，從而會(huì)出現(xiàn)循環(huán)引用的問(wèn)題，兩個(gè)shared_ptr智能指針互指，導(dǎo)致引用計(jì)數(shù)增加，不能靠對(duì)象的銷(xiāo)毀使得引用計(jì)數(shù)變?yōu)?，從而導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。。
class Child;
class Parent
{
public:
Parent()
{
cout << "Parent()" << endl;
}
~Parent()
{
cout << "~Parent()" << endl;
}
shared_ptr<Child> pParent;
};
class Child
{
public:
Child()
{
cout << "Child()" << endl;
}
~Child()
{
cout << "~Child()" << endl;
}
shared_ptr<Parent> pChild;
};
void test()
{
//循環(huán)引用可能導(dǎo)致內(nèi)存泄漏
shared_ptr<Parent> parentPtr(new Parent());
shared_ptr<Child> childPtr(new Child());
cout << "parentPtr.use_count() = " << parentPtr.use_count() << endl;
cout << "childPtr.use_count() = " << childPtr.use_count() << endl;
cout << endl << endl;
parentPtr->pParent = childPtr;//sp = sp
childPtr->pChild = parentPtr;
cout << "parentPtr.use_count() = " << parentPtr.use_count() << endl;
cout << "childPtr.use_count() = " << childPtr.use_count() << endl;
}
1.解決循環(huán)引用的辦法是使得其中一個(gè)改為weak_ptr，不會(huì)增加引用計(jì)數(shù)，這樣可以使用對(duì)象的銷(xiāo)毀而打破引用計(jì)數(shù)減為0的問(wèn)題。。
2.修改： shared_ptr pChild;改為 weak_ptr pChild;即可解決循環(huán)引用的問(wèn)題。。
parentPtr->pParent = childPtr;//sp = sp childPtr->pChild = parentPtr;//wp = sp,weak_ptr不會(huì)導(dǎo)致引用計(jì)數(shù)加1
4、weak_ptr
與shared_ptr相比，稱為弱引用的智能指針，shared_ptr是強(qiáng)引用的智能指針。weak_ptr不會(huì)導(dǎo)致引用計(jì)數(shù)增加，但是它不能直接獲取資源，必須通過(guò)lock函數(shù)從wp提升為sp，從而判斷共享的資源是否已經(jīng)銷(xiāo)毀
weak_ptr<Point> wp
{
shared_ptr<Point> sp(new Point(1,2));
wp = sp;
cout << "wp.use_count = " << wp.use_count() << endl;
cout << "sp.use_count = " << sp.use_count() << endl;
cout<<"wp.expired = "<<wp.expired()<<endl;//此方法等同于use_count()==0?
//等于0表示false，空間還存在
//不等0表示true，空間已經(jīng)不存在了
//expired = use_count
shared_ptr<Point> sp2 = wp.lock();//判斷共享的資源是否已經(jīng)銷(xiāo)毀的方式就是從wp提升為sp
if(sp2)
{
cout << "提升成功" << endl;
}
else
{
cout << "提升失敗" << endl;
}
}
四、為智能指針定制刪除器
1)很多時(shí)候我們都用new來(lái)申請(qǐng)空間，用delete來(lái)釋放。庫(kù)中實(shí)現(xiàn)的各種智能指針，默認(rèn)也都是用delete來(lái)釋放空間，但是若我們采用malloc申請(qǐng)的空間或是用fopen打開(kāi)的文件，這時(shí)我們的智能指針就無(wú)法來(lái)處理，因此我們需要為智能指針定制刪除器，提供一個(gè)可以自由選擇析構(gòu)的接口，這樣，我們的智能指針就可以處理不同形式開(kāi)辟的空間以及可以管理文件指針。
2)自定義智能指針的方式有兩種:
(1)函數(shù)指針
(2)仿函數(shù)(函數(shù)對(duì)象)
函數(shù)指針的形式：
template<class T>
void Free(T* p)
{
if (p)
free(p);
}
template<class T>
void Del(T* p)
{
if (p)
delete p;
}
void FClose(FILE* pf)
{
if (pf)
fclose(pf);
}
//定義函數(shù)指針的類(lèi)型
typedef void(*DP)(void*);
template<class T>
class SharedPtr
{
public:
SharedPtr(T* ptr = NULL ,DP dp=Del)
:_ptr(ptr)
, _pCount(NULL)
, _dp(dp)
{
if (_ptr != NULL)
{
_pCount = new int(1);
}
}
private:
void Release()
{
if (_ptr&&0==--GetRef())
{
//delete _ptr;
_dp(_ptr);
delete _pCount;
}
}
int& GetRef()
{
return *_pCount;
}
private:
T* _ptr;
int* _pCount;
DP _dp;
};
仿函數(shù)(函數(shù)對(duì)象)
關(guān)于刪除器的使用
五、智能指針的誤用
1、同一個(gè)裸指針被不同的智能指針托管，導(dǎo)致被析構(gòu)兩次。
1.1、直接使用
1.2、間接使用
2、還是裸指針被智能指針托管形式，但是比較隱蔽。。。
class Point
: public std::enable_shared_from_this<Point>
{
public:
Point(int ix = 0, int iy = 0)
: _ix(ix)
, _iy(iy)
{
cout << "Point(int = 0, int = 0)" << endl;
}
void print() const
{
cout << "(" <<_ix
<< "," << _iy
<< ")" << endl;
}
/* Point *addPoint(Point *pt) */
shared_ptr<Point> addPoint(Point *pt)
{
_ix += pt->_ix;
_iy += pt->_iy;
//this指針是一個(gè)裸指針
/* return shared_ptr<Point>(this); */
return shared_from_this();
}
~Point()
{
cout << "~Point()" << endl;
}
private:
int _ix;
int _iy;
};
void test3()
{
shared_ptr<Point> sp1(new Point(1, 2));
cout << "sp1 = ";
sp1->print();
cout << endl;
shared_ptr<Point> sp2(new Point(3, 4));
cout << "sp2 = ";
sp2->print();
cout << endl;
shared_ptr<Point> sp3(sp1->addPoint(sp2.get()));
cout << "sp3 = ";
sp3->print();
}
總結(jié)
到此這篇關(guān)于C++學(xué)習(xí)之移動(dòng)語(yǔ)義與智能指針的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++移動(dòng)語(yǔ)義與智能指針內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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