C++解析(20)：智能指针与类型转换函数

0.目录

1.智能指针

2.转换构造函数

3.类型转换函数

4.小结

1.智能指针

内存泄漏（臭名昭著的Bug）：

• 动态申请堆空间，用完后不归还
• C++语言中没有垃圾回收机制
• 指针无法控制所指堆空间的生命周期

我们需要什么：

• 需要一个特殊的指针
• 指针生命周期结束时主动释放堆空间
• 一片堆空间最多只能由一个指针标识
• 杜绝指针运算和指针比较

解决方案：

• 重载指针特征操作符（ -> 和 * ）
• 只能通过类的成员函数重载
• 重载函数不能使用参数
• 只能定义一个重载函数

示例——实现智能指针：

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Test
{
    int i;
public:
    Test(int i)
    {
        cout << "Test(int i)" << endl;
        this->i = i;
    }
    int value()
    {
        return i;
    }
    ~Test()
    {
        cout << "~Test()" << endl;
    }
};

class Pointer
{
    Test* mp;
public:
    Pointer(Test* p = NULL)
    {
        mp = p;
    }
    Pointer(const Pointer& obj)
    {
        mp = obj.mp;
        const_cast<Pointer&>(obj).mp = NULL;
    }
    Pointer& operator = (const Pointer& obj)
    {
        if( this != &obj )
        {
            delete mp;
            mp = obj.mp;
            const_cast<Pointer&>(obj).mp = NULL;
        }

        return *this;
    }
    Test* operator -> ()
    {
        return mp;
    }
    Test& operator * ()
    {
        return *mp;
    }
    bool isNull()
    {
        return (mp == NULL);
    }
    ~Pointer()
    {
        delete mp;
    }
};

int main()
{
    Pointer p1 = new Test(3);

    cout << p1->value() << endl;

    Pointer p2 = p1;

    cout << p1.isNull() << endl;

    cout << p2->value() << endl;

    return 0;
}

运行结果为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
[root@bogon Desktop]# ./a.out
Test(int i)
3
1
3
~Test()

智能指针的使用军规——只能用来指向堆空间中的对象或者变量

2.转换构造函数

再论类型转换：

C语言标准数据类型之间会进行隐式的类型安全转换

C语言转换规则如下：



（C语言编译器支持从小类型（占用内存少）转换到大类型（占用内存多）的隐式类型转换，因为这样的转换是安全的，不会发生数据截断或者数据丢失。）

示例——隐式类型转换的bug：

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

int main()
{
    short s = 'a';
    unsigned int ui = 1000;
    int i = -2000;
    double d = i;

    cout << "d = " << d << endl;
    cout << "ui = " << ui << endl;
    cout << "ui + i = " << ui + i << endl;

    if( (ui + i) > 0 )
    {
        cout << "Positive" << endl;
    }
    else
    {
        cout << "Negative" << endl;
    }

    cout << "sizeof(s + 'b') = " << sizeof(s + 'b') << endl;

    return 0;
}

运行结果为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
[root@bogon Desktop]# ./a.out
d = -2000
ui = 1000
ui + i = 4294966296
Positive
sizeof(s + 'b') = 4

（在大多数编译器看来，int类型，也就是4个字节的整型数的运算是最高效的。而在sizeof(s + 'b')中，是做加法运算，左操作数和右操作数都可以安全的转换为int，那么可以采用更高效的方式来进行运算。于是就出现bug了！）

问题：

普通类型与类类型之间能否进行类型转换？

类类型之间能否进行类型转换？

再论构造函数：

• 构造函数可以定义不同类型的参数
• 参数满足下列条件时称为转换构造函数
  1. 有且仅有一个参数
  2. 参数是基本类型
  3. 参数是其它类类型

旧式的C方式强制类型转换：

编译器会尽力尝试让源码通过编译（普通类型->类类型）：

示例——编译器自作聪明的行为：

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Test
{
    int mValue;
public:
    Test() { mValue = 0; }

    Test(int i) { mValue = i; }

    Test operator + (const Test& p)
    {
        Test ret(mValue + p.mValue);

        return ret;
    }

    int value() { return mValue; }
};

int main()
{
    Test t;
    t = 5;    // t = Test(5);

    Test r;
    r = t + 10;   // r = t + Test(10);

    cout << r.value() << endl;

    return 0;
}

运行结果为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
[root@bogon Desktop]# ./a.out
15

编译器尽力尝试的结果是隐式类型转换。

隐式类型转换：

• 会让程序以意想不到的方式进行工作
• 是工程中bug的重要来源

工程中通过explicit关键字杜绝编译器的转换尝试

转换构造函数被explicit修饰时只能进行显示转换

转换方式：

示例——杜绝编译器的转换尝试：

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Test
{
    int mValue;
public:
    Test() { mValue = 0; }

    explicit Test(int i) { mValue = i; }

    Test operator + (const Test& p)
    {
        Test ret(mValue + p.mValue);

        return ret;
    }

    int value() { return mValue; }
};

int main()
{
    Test t;
    t = static_cast<Test>(5);    // t = Test(5);

    Test r;
    r = t + static_cast<Test>(10);   // r = t + Test(10);

    cout << r.value() << endl;

    return 0;
}

运行结果为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
[root@bogon Desktop]# ./a.out
15

3.类型转换函数

问题：

类类型是否能够类型转换到普通类型？

类型转换函数：

• C++类中可以定义类型转换函数
• 类型转换函数用于将类对象转换为其它类型
• 语法规则：

示例——只有想不到，没有做不到：

#include <iostream>

using namespace std;

class Test
{
    int mValue;
public:
    Test(int i = 0) { mValue = i; }
    operator int() { return mValue; }
};

int main()
{
    Test t(100);
    int i = t; // ==> t.operator int()

    cout << "i = " << i << endl;

    return 0;
}

运行结果为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
[root@bogon Desktop]# ./a.out
i = 100

类型转换函数：

• 与转换构造函数具有同等的地位
• 使得编译器有能力将对象转化为其它类型
• 编译器能够隐式的使用类型转换函数

编译器会尽力尝试让源码通过编译：

类型转换函数 vs 转换构造函数：

• 无法抑制隐式的类型转换函数调用
• 类型转换函数可能与转换构造函数冲突
• 工程中以Type toType()的公有成员代替类型转换函数

示例——能通过编译的类型转换函数：

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Test;

class Value
{
public:
    Value() {}
};

class Test
{
    int mValue;
public:
    Test(int i = 0) { mValue = i; }
    int value() { return mValue; }
    operator Value()
    {
        Value ret;
        cout << "operator Value()" << endl;
        return ret;
    }
};

int main()
{
    Test t(100);
    Value v = t; // ==> t.operator Value()

    return 0;
}

示例——能通过编译的转换构造函数：

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Test;

class Value
{
public:
    Value() {}
    Value(Test& t) {}
};

class Test
{
    int mValue;
public:
    Test(int i = 0) { mValue = i; }
    int value() { return mValue; }
};

int main()
{
    Test t(100);
    Value v = t; // ==> Value(t)

    return 0;
}

示例——冲突的类型转换函数与转换构造函数：

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Test;

class Value
{
public:
    Value() {}
    Value(Test& t) {}
};

class Test
{
    int mValue;
public:
    Test(int i = 0) { mValue = i; }
    int value() { return mValue; }
    operator Value()
    {
        Value ret;
        cout << "operator Value()" << endl;
        return ret;
    }
};

int main()
{
    Test t(100);
    Value v = t;

    return 0;
}

报错信息为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
test.cpp: In function ‘int main()’:
test.cpp:32: error: conversion from ‘Test’ to ‘Value’ is ambiguous
test.cpp:21: note: candidates are: Test::operator Value()
test.cpp:12: note:                 Value::Value(Test&)

示例——使用explicit关键字避免冲突：

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Test;

class Value
{
public:
    Value() {}
    explicit Value(Test& t) {}
};

class Test
{
    int mValue;
public:
    Test(int i = 0) { mValue = i; }
    int value() { return mValue; }
    operator Value()
    {
        Value ret;
        cout << "operator Value()" << endl;
        return ret;
    }
};

int main()
{
    Test t(100);
    Value v = t;

    return 0;
}

4.小结

• 指针特征操作符（ -> 和 * ）可以被重载
• 重载指针特征符能够使用对象代替指针
• 智能指针只能用于指向堆空间中的内存
• 智能指针的意义在于最大程度的避免内存问题
• 转换构造函数只有一个参数
• 转换构造函数的参数类型是其它类型
• 转换构造函数在类型转换时被调用
• 隐式类型转换是I程中bug的重要来源
• explicit关键字用于杜绝隐式类型转换
• C++类中可以定义类型转换函数
• 类型转换函数用于将类对象转换为其它类型
• 类型转换函数与转换构造函数具有同等的地位
• 工程中以Type toType()的公有成员代替类型转换函数