C++之shared_ptr总结

转自 http://blog.csdn.net/u013696062/article/details/39665247

Share_ptr也是一种智能指针。类比于auto_ptr学习。所以推荐先学习auto_ptr，再来学习shared_ptr。本博客的前两个就是auto_ptr的总结。希望感兴趣的朋友可以看看。

Shared_ptr和auto_ptr最大的区别就是，shared_ptr解决了指针间共享对象所有权的问题，也就是auto_ptr中的赋值的奇怪问题。所以满足了容器的要求，可以用于容器中。而auto_ptr显然禁止共享对象所有权，不可以用于容器中。

1. int * a=new int(2);
2. shared_ptr<int> sp1(a);
3. shared_ptr<int> sp2(sp1);     OK

当然shared_ptr作为一种智能指针，也拥有和shared_ptr一些相似的性质。它们本质上都是类，但是使用起来像指针。它们都是为了解决防止内存泄漏的解决方案。都是运用了RAII技术来实现的。

注意：使用shared_ptr也要引用头文件#include<memory>

由于shared_ptr的源码过于复杂，我们不给出源码。类比于auto_ptr学习.

1. 首先类shared_ptr有两个成员变量。T * px和unsign long * pn;

T * px;显然和auto_ptr一样，用于储存对象的指针。

pn用于记录有多少个shared_ptr拥有同一个对象。pn是shared_ptr对象间共享的，类似于static成员变量。

1. template<class T>
2. class shared_ptr{
3. private:
4. T *px; // contained pointer
5. unsignedlong* pn; // reference counter
6. }

总结：其实shared_ptr的原理，就是使用px来记录指针，使用*pn来记录px指向的对象的拥有者share_ptr的个数，当一个shared_ptr对象达到作用域时，不会释放资源，只有当*pn变为0的时候，才会释放指针指向的资源。

2. 一个简单实现的源码（仍然看懂源码还是最重要的。）

1. #pragma once
2. //shared_ptr的简单实现版本
3. //基于引用记数的智能指针
4. //它可以和stl容器完美的配合
5. namespace boost
6. {
7. template<class T>
8. class shared_ptr
9. {
10. typedef unsigned longsize_type;
11. private:
12. T *px; // contained pointer
13. size_type* pn; // reference counter
14. public:
15. //构造函数---------------------------------------------------2
16. /*
17. int* a=new int(2);
18. shared_ptr<int> sp;
19. shared_ptr<int> sp(a);
20. */
21. explicitshared_ptr(T* p=0) : px(p)
22. {
23. pn = new size_type(1);
24. }
25. /*
26. Derived d;
27. shared_ptr<Base> ap(d);
28. */
29. template<typename Y>
30. shared_ptr(Y* py)
31. {
32. pn = newsize_type(1);
33. px=py;
34. }
35. //copy构造函数------------------------------------------------
36. /*
37. int * a=new int;
38. shared_ptr<int> sp(a);
39. shared_ptr<int> sp1(sp);
40. */
41. shared_ptr(constshared_ptr& r) throw(): px(r.px)
42. {
43. ++*r.pn;
44. pn = r.pn;
45. }
46. /*
47. shared_ptr<Derived>sp1(derived);
48. shared_ptr<Base> sp2(sp1);
49. */
50. template<typename Y>
51. shared_ptr(constshared_ptr<Y>& r)//用于多态
52. {
53. px = r.px;
54. ++*r.pn;
55. pn = r.pn; //shared_count::op= doesn't throw
56. }
57. //重载赋值operator=--------------------------------------------
58. shared_ptr& operator=(const shared_ptr& r) throw()
59. {
60. if(this== &r) return *this;
61. dispose();
62. px = r.px;
63. ++*r.pn;
64. pn = r.pn;
65. return *this;
66. }
67. template<typename Y>
68. shared_ptr& operator=(const shared_ptr<Y>& r)//用于多态
69. {
70. dispose();
71. px = r.px;
72. ++*r.pn;
73. pn = r.pn; //shared_count::op= doesn't throw
74. return *this;
75. }
76. ~shared_ptr() { dispose(); }
77. void reset(T* p=0)
78. {
79. if ( px == p ) return;
80. if (--*pn == 0)
81. { delete(px); }
82. else
83. { // allocate newreference
84. // counter
85. // fix: prevent leak if new throws
86. try { pn = new size_type; }
87. catch (...) {
88. // undo effect of —*pn above to
89. // meet effects guarantee
90. ++*pn;
91. delete(p);
92. throw;
93. } // catch
94. } // allocate newreference counter
95. *pn = 1;
96. px = p;
97. } // reset
98. reference operator*()const throw(){ return *px; }
99. pointer operator->()const throw(){ return px; }
100. pointer get() constthrow(){ returnpx; }
101. size_type use_count() constthrow()//
102. { return *pn; }
103. bool unique() const throw()//
104. { return *pn ==1; }
105. private:
106. void dispose() throw()
107. {
108. if (--*pn == 0)
109. { delete px; delete pn; }
110. }
111. }; // shared_ptr
112. template<typename A,typenameB>
113. inline bool operator==(shared_ptr<A>const & l, shared_ptr<B> const & r)
114. {
115. return l.get() == r.get();
116. }
117. template<typename A,typenameB>
118. inline bool operator!=(shared_ptr<A>const & l, shared_ptr<B> const & r)
119. {
120. return l.get() != r.get();
121. }
122. }//namespace boost

要注意的地方：

3. Shared_ptr和auto_ptr都有类似的规定：

看看它们的copy构造和重载赋值都可以看出：

不允许

1. int* a=new int(2);
2. shared_ptr<int>sp=a;//  error
3. sp=a;//    error

就是不允许使用一个纯指针给一个智能指针赋值或copy构造。只能使用智能指针给另一个智能指针赋值或copy构造。

1. int* a=new int(2);
2. hared_ptr<int> sp(a);//构造函数
3. shared_ptr<int> sp1(sp);//copy构造
4. sp1=sp;//赋值

在auto_ptr中也是相同的。

4. 注意shared_ptr的几个函数

Ø     Reset()函数：重置函数

标准中的是：

1. int* a=new int(2);
2. int* b=new int(3);
3. shared_ptr<int> sp2(a);
4. shared_ptr<int> sp1(a);
5. shared_ptr<int> sp(a);
6. sp.reset(b);
7. sp.reset();
8. sp.reset(sp2);  -----！！！也是可以的。

使得sp获得b的拥有权。失去a的拥有权。注意这会使得a的拥有者少1.当a的拥有者变为0时，就会释放a的资源。

Ø     Swap()函数：交换函数

1. int* a=new int(2);
2. shared_ptr<int> sp(a);
3. shared_ptr<int> sp1(a);
4. sp.swap(sp1);

就是两个shared_ptr中的px和pn都互换一下。

Ø     Get()函数：返回px

Ø     Use_count函数：返回*pn，就是对象的拥有者的数量。

Ø     Unique函数：令*pn=1;让对象的拥有者的数量变为1。返回bool

Ø     同时share_ptr也重载了*和->

5. tr1中重载了几个有关shared_ptr的符号：

template<classT, class U>

booloperator==(shared_ptr<T> const& a, shared_ptr<U> const& b);

转自 http://blog.csdn.net/u013696062/article/details/39665247

判断拥有的对象是否是一样的

template<classT, class U>

bool operator!=(shared_ptr<T> const&a, shared_ptr<U> const& b);

判断拥有的对象是否是不一样的

template<classT, class U>

bool operator<(shared_ptr<T>const& a, shared_ptr<U> const& b);

重载了小于号，在STL中的LIST中非常有用。

1. int* a=new int(2);
2. int* b=new int(3);
3. shared_ptr<int> sp(a);
4. shared_ptr<int> sp1(b);
5. if(sp<sp1)
6. cout<<"2222"<<endl;

6. 注意真实中shared_ptr中没有public dispose这个函数，这里只是为了避免代码重复。

7. 注意shared_ptr中的析构函数中不是直接释放资源，而是调用了dispose函数，如果*pn==0了，才会释放资源。

8.shared_ptr的多线程的安全性

shared_ptr 本身不是 100%线程安全的。它的引用计数本身是安全且无锁的，但对象的读写则不是，因为shared_ptr有两个数据成员，读写操作不能原子化。根据文档，shared_ptr的线程安全级别和内建类型、标准库容器、string一样，即：

• 一个 shared_ptr 实体可被多个线程同时读取；
• 两个的 shared_ptr 实体可以被两个线程同时写入，“析构”算写操作；
• 如果要从多个线程读写同一个 shared_ptr 对象，那么需要加锁。

发现了两个非常有意思的东西：

1. 看tr1中的源码中发现两个这样的东西：

template<class Y, classD> shared_ptr(Y * p, D d);

template<class Y, classD> void reset(Y * p, D d);

其中的D d是个什么东西？源码的解释是d是一个deleter(删除器)。至此我们突然发现我们可以给shared_ptr指定一个删除器，当*pn==0的时候，不去释放资源，而去调用我们自己给它的删除器。

当shared_ptr的引用次数为0的时候，share_ptr就会调用释放函数来释放资源。

当我们希望引用次数为0的时候，shared_ptr不释放资源，而是调用我们指定的操作的时候，就会用到D d；

1. void foo(int * d)
2. {
3. cout<<"1234"<<endl;
4. }
5. int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
6. {
7. int* a=new int(2);
8. shared_ptr<int> sp(a,foo);
9. shared_ptr<int> sp1(sp);
10. sp.reset();
11. sp1.reset();
12. //_CrtDumpMemoryLeaks();
13. system("pause");
14. return 0;
15. }

注意！：

1. 指定的删除器的参数必须是int*;和shared_ptr<int>中的int对应。不能是其他的，或者为空也是错的。因为系统会把shared_ptr的对象px赋给删除器的参数，我们也可以在删除器中释放资源。

2. 只有a的引用次数为0才会调用，所以如果没有sp1.reset()。也不会调用foo函数。

2. 使用shared_ptr的时候，要小心，想一想操作的内在含义才去做。

1>

1. int* a=new int(2);
2. shared_ptr<int> sp(a);
3. shared_ptr<int> sp1(sp);
4. sp.reset();//--------(1)
5. sp.reset();//--------(2)

这里(1)是重置了sp，注意(2)是没有任何作用的，不能使得a的引用次数变为0.想一想reset的函数内部，(2)的时候，sp中的对象pn已经为空了，则不能改变*pn的值了。

2>

1. int* a=new int(2);
2. shared_ptr<int> sp(a);//----------(1)
3. shared_ptr<int> sp1(a);//---------(2)

注意：这里的(2)也是不对的。想一想shared_ptr的构造函数，(1)的时候，sp的px指向a，且*pn为1.而(2)的时候，px指向a，且*pn也是1.这显然就问题了。a被引用了2次，但是*pn为1.在最后作用域达到的时候，就会释放2次内存，这就会引发异常。

总结：shared_ptr和auto_ptr的区别。

Shared_ptr有两个变量，一个记录对象地址，一个记录引用次数

Auto_ptr只有一个变量，用来记录对象地址

Shared_ptr可用多个shared_ptr拥有一个资源。

Auto_ptr只能一个auto_ptr拥有一个资源

Shared_ptr可以实现赋值的正常操作，使得两个地址指向同一资源

Auto_ptr的赋值很奇怪，源失去资源拥有权，目标获取资源拥有权

Shared_ptr到达作用域时，不一定会释放资源。

Auto_ptr到达作用于时，一定会释放资源。

Shared_ptr存在多线程的安全性问题，而auto_ptr没有。

Shared_ptr可用于容器中，而auto_ptr一般不可以用于容器中。

Shared_ptr可以在构造函数、reset函数的时候允许指定删除器。而auto_ptr不能。

还有这里说一句：使用智能指针(不管shared_ptr还是auto_ptr)，都要清除源码内部的实现原理，使用起来才不会错。而且使用的时候，一定要想一想函数内部的实现原理再去使用。切记小心。