C++11之unique_ptr智能指针学习
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概述
内存管理是C++中的一个常见的错误和bug来源。在大部分情形中,这些bug来自动态分配内存和指针的使用:当多次释放动态分配的内存时,可能会导致内存损坏或者致命的运行时错误;当忘记释放动态分配的内存时,会导致内存泄露。
所以,我们需要智能指针来帮助我们管理动态分配的内存。其来源于一个事实:栈比堆要安全的多,因为栈上的变量离开作用域后,会自动销毁并清理。智能指针结合了栈上变量的安全性和堆上变量的灵活性。
C++ 标准提供了 3 种智能指针,分别是 shared_ptr、unique_ptr 和 weak_ptr,本节我们给大家讲解 unique_ptr 智能指针的特性和用法。
关于 shared_ptr 智能指针,可以阅读《C++11之shared_ptr智能指针基础学习》一节;
关于 weak_ptr 智能指针,可以阅读《C++11之weak_ptr智能指针基础学习》一节。
unique_ptr特点
作为智能指针的一种,unique_ptr 指针自然也具备“在适当时机自动释放堆内存空间”的能力。
std::unique_ptr 和 shared_ptr 指针最大的不同之处在于: unique_ptr 指针指向的堆内存无法同其它 unique_ptr 共享, 也就是说,每个 unique_ptr 指针都独自拥有对其所指堆内存空间的所有权。 这也就意味着,每个 unique_ptr 指针指向的堆内存空间的引用计数,都只能为 1, 一旦该 unique_ptr 指针放弃对所指堆内存空间的所有权,则该空间会被立即释放回收。 所以我们一般使用unique_ptr来实现单例模式
unique_ptr的创建
unique_ptr 智能指针是以模板类的形式提供的,unique_ptr<T>(T 为指针所指数据的类型)定义在<memory>
头文件,并位于 std 命名空间中。因此,要想使用 unique_ptr 类型指针,程序中应首先包含如下 语句:
1 | include <memory> |
考虑到不同实际场景的需要,unique_ptr<T> 模板类提供了多个实用的构造函数,这里给读者列举了几种常用的构造 unique_ptr 智能指针的方式。
1) 通过以下 2 种方式,可以创建出空的 unique_ptr 指针:
1 | std::unique_ptr<int> p1(); |
2) 创建 unique_ptr 指针的同时,也可以明确其指向。例如:
1 | std::unique_ptr<int> p3(new int); |
由此就创建出了一个 p3 智能指针,其指向的是可容纳 1 个整数的堆存储空间。
和可以用 make_shared
3) 基于 unique_ptr 类型指针不共享各自拥有的堆内存,因此 C++11 标准中的 unique_ptr 模板类没有提供拷贝构造函数,只提供了移动构造函数。例如:
1 | std::unique_ptr<int> p4(new int); |
值得一提的是,对于调用移动构造函数的 p4 和 p5 来说,p5 将获取 p4 所指堆空间的所有权,而 p4 将变成空指针(nullptr)。很容易理解,这个也是unique_ptr的特点:每个 unique_ptr 指针都独自拥有对其所指堆内存空间的所有权。
4) 默认情况下,unique_ptr 指针采用 std::default_delete<T> 方法释放堆内存。当然,我们也可以自定义符合实际场景的释放规则。值得一提的是,和 shared_ptr 指针不同,为 unique_ptr 自定义释放规则,只能采用函数对象的方式。例如:
1 | //自定义的释放规则 |
5) C++14的创建函数: make_unique
使用过程中,主要有这么几个关键点:
make_unique 同 unique_ptr 、auto_ptr 等一样,都是 smart pointer,可以取代new 并且无需 delete pointer,有助于代码管理。
make_unique 创建并返回 unique_ptr 至指定类型的对象,这一点从其构造函数能看出来。make_unique相较于unique_ptr 则更加安全。
编译器不同,make_unique 要求更新(Visual Studio 2015)。
1 | // _parser = std::unique_ptr<ModelParser>(new ModelParser()); |
unique_ptr<T>模板类提供的成员方法
为了方便用户使用 unique_ptr 智能指针,unique_ptr<T> 模板类还提供有一些实用的成员方法,它们各自的功能如表 1 所示。
成员函数名 | 功 能 |
---|---|
operator*() | 获取当前 unique_ptr 指针指向的数据。 |
operator->() | 重载 -> 号,当智能指针指向的数据类型为自定义的结构体时,通过 -> 运算符可以获取其内部的指定成员。 |
operator =() | 重载了 = 赋值号,从而可以将 nullptr 或者一个右值 unique_ptr 指针直接赋值给当前同类型的 unique_ptr 指针。 |
operator []() | 重载了 [] 运算符,当 unique_ptr 指针指向一个数组时,可以直接通过 [] 获取指定下标位置处的数据。 |
get() | 获取当前 unique_ptr 指针内部包含的普通指针。 |
get_deleter() | 获取当前 unique_ptr 指针释放堆内存空间所用的规则。 |
operator bool() | unique_ptr 指针可直接作为 if 语句的判断条件,以判断该指针是否为空,如果为空,则为 false;反之为 true。 |
release() | 释放当前 unique_ptr 指针对所指堆内存的所有权,但该存储空间并不会被销毁。 |
reset(p) | 其中 p 表示一个普通指针,如果 p 为 nullptr,则当前 unique_ptr 也变成空指针;反之,则该函数会释放当前 unique_ptr 指针指向的堆内存(如果有),然后获取 p 所指堆内存的所有权(p 为 nullptr)。 |
swap(x) | 交换当前 unique_ptr 指针和同类型的 x 指针。 |
除此之外,C++11标准还支持同类型的 unique_ptr 指针之间,以及 unique_ptr 和 nullptr 之间,做 ==,!=,<,<=,>,>= 运算。
下面程序给大家演示了 unique_ptr 智能指针的基本用法,以及该模板类提供了一些成员方法的用法:
1 |
|
程序执行结果为:
1 | 10 |
unique_ptr最优使用方法
条款21:尽量使用std::make_unique和std::make_shared而不直接使用new
文章参考:https://blog.csdn.net/p942005405/article/details/84635673
文章参考:https://blog.csdn.net/f110300641/article/details/83409804
让我们从对齐std::make_unique 和 std::make_shared这两块开始。std::make_shared是c++11的一部分,但很可惜std::make_unique不是。它是在c++14里加入标准库的。假如你在使用c++11,也别担心,你很容易写出一个基本的版本。看这里:
1 | template<typename T, typename... Ts> |
unique_ptr常见错误
错误一:
1 | std::unique_ptr报memory: error invalid application of 'sizeof' to incomplete type |
解决参考:https://www.cnblogs.com/leehm/p/16256776.html
排查后,不使用std::unique_ptr就ok。
使用的std::unique_ptr包装的类型是在第三方库,看不到具体结构和实现,使用前置声明来包含使用的。
纠其原因,从报错可以看出:
std::unique_ptr
中需要静态检测类型的大小static_assert(sizeof(Impl)>0
,但是我们的Impl
是一个预先声明的类型,是incomplete type
,也就没法计算,所以导致报错。std::unique_ptr
为啥需要计算这个:
std::unique_ptr
中的析构函数,
调用了默认的删除器default_delete
,
而default_delete
中有static_assert(sizeof(Impl)的检查。
其实就算default_delete
中不检查,到下一步delete __ptr;
,还是会出问题,因为不完整的类型无法被delete
。
解决方法:提供三种解决方法:
1:改用std::shared_ptr,或者裸指针
``2:自定义删除器,将delete pImpl
的操作,放到*.cpp
源文件中, 此处不现实,没有cpp代码。
3:仅声明类型的析构函数,但不要在.h
头文件中实现它,就添加一个声明。
详细参考下面文章,
unique函数_std::unique_ptr使用incomplete type的报错分析和解决
特此记录一下。