目录
2.2 stl 中的智能指针应用
2.3 qt 中的智能指针应用
初识智能指针
在c++语言中没有垃圾回收机制，内存泄漏这个问题就不得不让程序员自己来解决，稍有不慎就会给软件带来bug，幸运的是我们可以使用智能指针去解决内存泄漏的问题。
1、 内存泄漏的原因分析
（1）动态申请堆空间，用完后不归还；
（2）c++ 语言中没有垃圾回收的机制；
1）java、c# 语言中都引入了垃圾回收机制，定期检测内存，若发现没有使用，则回收；
2）垃圾回收机制可以很好的避免内存泄漏；
3）c++ 中的动态内存申请和归还完全依赖开发者，稍有不慎就会出错；
（3）指针无法控制所指堆空间的生命周期；（根本原因）
1）通过指针可以指向动态内存空间，但是却不能够控制动态内存空间的生命周期；
2）也就是指针和动态内存空间没有必然联系，即使指针变量销毁了，动态内存空间还可以存在；
补充：多次释放多个指针指向的同一块堆空间也会使软件出现bug；
1 #include <iostream> 2 #include <string> 3 4 using namespace std; 5 6 class test 7 { 8 int i; 9 public: 10 test(int i) 11 { 12 this->i = i; 13 } 14 int value() 15 { 16 return i; 17 } 18 ~test() 19 { 20 } 21 }; 22 23 int main() 24 { 25 for(int i=0; i<5; i++) 26 { 27 // 指针p指向所申请的堆空间，但是并没有手动归还这块内存；当进行下一次循环时，指针p又指向了一块新的堆空间，这样前一次的堆空间就永远无法归还了， 28 // 同时，指针p是一个局部变量，for循环结束后指针p就销毁了，这就意味着这片空间永远无法归还了； 29 test* p = new test(i); 30 31 cout << p->value() << endl; 32 33 // delete p; // 正确做法：每次用完之后记得归还所申请的堆空间，否则就会造成内存泄漏 34 } 35 36 return 0; 37 }
2、内存泄漏的解决方案
需求分析 -> 解决方案：（结合案列更容易理解）
（1）需要一个特殊的指针，即智能指针对象（普通类对象，通过重载指针操作符就可以使对象指向堆空间），通过类的构造函数完成；
（2）指针生命周期结束时主动释放堆空间，可以通过类的析构函数完成；
（3）一片堆空间最多只能由一个指针标识，为的是避免多次释放内存，通过拷贝构造函数和赋值操作符完成；
（4）杜绝指针运算和指针比较；
1） 杜绝指针运算可以避免指针越界和野指针；
2）上面的第三个需求满足了，指针比较就没有意义了；
3）不重载类的运算符（算术运算符、关系运算符、++、–），当进行指针（类对象）运算与比较时，程序会编译失败。
（5）重载指针特征操作符（-> 和 *）；
1）通过重载指针操作符使得类对象具备了指针的行为；
2）创建一个类对象，让这个对象通过操作符重载模拟真正的指针行为；
注：只能通过类的成员函数重载指针操作符，且该重载函数不能使用参数；
通过类的成员函数重载指针特征操作符，从而使得类对象可以模拟指针的行为，这个类对象称为智能指针。
使用智能指针的注意事项：只能指向堆空间的对象或变量，不允许指向栈对象。
智能指针的表现形象：使用类对象来取代指针。
1 #include <iostream> 2 3 using namespace std; 4 5 class test 6 { 7 int i; 8 public: 9 test(int i) 10 { 11 cout << "test(int i)::" << i << endl; 12 this->i = i; 13 } 14 int value() 15 { 16 return i; 17 } 18 ~test() 19 { 20 cout << "~test()::" << i << endl; 21 } 22 }; 23 24 class pointer 25 { 26 private: 27 test *mp; 28 public: 29 pointer(test *p = null) 30 { 31 mp = p; 32 } 33 pointer(const pointer& obj) 34 { 35 mp = obj.mp; 36 const_cast<pointer&>(obj).mp = null; 37 } 38 pointer& operator=(const pointer& obj) 39 { 40 if(this != &obj) 41 { 42 if(mp != null) 43 { 44 delete mp; 45 } 46 mp = obj.mp; 47 const_cast<pointer&>(obj).mp = null; 48 } 49 50 return *this; 51 } 52 test* operator->() 53 { 54 return mp; 55 } 56 test& operator*() 57 { 58 return *mp; 59 } 60 bool isnull() 61 { 62 return (mp == null); 63 } 64 ~pointer() 65 { 66 delete mp; 67 } 68 69 }; 70 71 int main(int argc, char const *argv[]) 72 { 73 cout << "-------1-------------" << endl; 74 pointer pt1 = new test(10); // test(int i)::10 75 cout << pt1->value() << endl; // 10 76 cout << (*pt1).value() << endl; // 10 77 78 cout << "-------2-------------" << endl; 79 pointer pt2 = new test(5); // test(int i)::5 80 cout << pt2->value() << endl; // 5 81 82 cout << "-------3-------------" << endl; 83 pointer pt3 = pt2; // 将指针pt2的使用权交给指针pt3 84 cout << pt2.isnull() << endl; // 1 85 cout << pt3->value() << endl; // 5 86 87 cout << "-------4-------------" << endl; 88 pt3 = pt1; // 将指针pt1的使用权交给指针pt3 // ~test()::5 89 cout << pt1.isnull() << endl; // 1 90 91 cout << "-------5-------------" << endl; 92 pointer pt4; 93 pt4 = pt3; // 将指针pt3的使用权交给指针pt4 // ~test()::10 94 cout << pt3.isnull() << endl; // 1 95 96 return 0; 97 } 98 99 /** 100 * 智能指针的需求： 101 * 指针的生命周期结束时，主动的释放堆空间 102 * 一片堆空间最多只能由一个指针标识 103 * 杜绝指针运算和指针比较 104 * 105 * 使用智能指针的注意事项：只能指向堆空间的对象或变量，不允许指向栈变量 106 * 智能指针的表现形象：使用类对象来取代指针 107 * 108 */
注：这个案列只实现了一个类的内存回收，关于任意类的内存回收，会在后续的模板技术中介绍。
智能指针类模板
知识回顾
由于智能指针相关的类重载了指针操作符 ，所以其对象可以像原生的指针一样使用，本质上智能指针对象就是类对象。但是，此时的智能指针对象有很大的局限性，不能灵活的指向任意的类对象。为了解决这个问题，智能指针类模板就出现了。
1、智能指针的意义
（1）现代 c++ 开发库中最重要的类模板之一；（如 stl 标准库、qt ）
（2）是c++开发中自动内存管理的主要手段；
（3）能够在很大程度上避开内存相关的问题。
2、stl中的智能指针应用
（1） auto_ptr
1）生命周期结束时，销毁指向的内存空间；（避免只借不还的现象出现）
2）不能指向堆数组，只能指向堆对象（变量）；（若需要使用堆数组，我们可以自己实现内存回收机制）
3）一片堆空间只属于一个智能指针对象；或者，多个智能指针对象不能指向同一片堆空间；（避免多次释放同一个指针；）
（2）shared_ptr
带有引用计数机制，支持多个指针对象指向同一片内存；
（3）weak_ptr
配合 shared_ptr 而引入的一种智能指针；
（4）unique_ptr
一个指针对象指向一片内存空间，不能拷贝构造和赋值（auto_ptr 的进化版，没有使用权的转移）；
1 #include <iostream> 2 #include <string> 3 #include <memory> // 智能指针类模板的头文件 4 5 using namespace std; 6 7 class test 8 { 9 string m_name; 10 public: 11 test(const char* name) 12 { 13 cout << "construct @" << name << endl; 14 15 m_name = name; 16 } 17 18 void print() 19 { 20 cout << "member @" << m_name << endl; 21 } 22 23 ~test() 24 { 25 cout << "destruct @" << m_name << endl; 26 } 27 }; 28 29 int main() 30 { 31 auto_ptr<test> pt(new test("smartpoint")); 32 33 cout << "pt = " << pt.get() << endl; // pt.get() 返回指针所指向数组的首地址 34 35 pt->print(); 36 37 cout << endl; 38 39 auto_ptr<test> pt1(pt); // pt 转移了对堆空间的控制权，指向 null； 40 41 cout << "pt = " << pt.get() << endl; 42 cout << "pt1 = " << pt1.get() << endl; 43 44 pt1->print(); 45 46 return 0; 47 } 48 /** 49 * 运行结果： 50 * construct @smartpoint 51 * pt = 0x1329c20 52 * member @smartpoint 53 * 54 * pt = 0 55 * pt1 = 0x1329c20 56 * member @smartpoint 57 * destruct @smartpoint 58 * /
3、qt 中的智能指针应用
（1）qpointer
1）当其指向的对象被销毁(释放)时，它会被自动置空；
可以使用多个 qpointer 智能指针指向同一个对象，当这个对象被销毁的时候，所有的智能指针对象都变为空，这可以避免多次释放和野指针的问题。
2）析构时不会自动销毁所指向的对象；（！！！）
也就是当 qpointer 对象生命周期完结的时候，不会自动销毁堆空间中的对象，需要手动销毁；
（2）qsharedpointer（和 stl中shared_ptr 相似）
1）引用计数型智能指针（引用计数的对象是堆空间申请的对象）；
2）可以被自由地拷贝和赋值；
3）当引用计数为 0 时，才删除指向的对象；（这个智能指针对象生命周期结束后，引用计数减一）
（3）其它的智能指针（qweakpointer；qscopedpointer；qscopedarraypointer；qshareddatapointer；qexplicitlyshareddatapointer；）
为什么qt要重新开发自己的内存管理机制，而不直接使用已有的stl中智能指针？
这个和它的架构开发思想相关，因为 qt 有自己的内存管理思想，但是这些思想并没有在 stl 中实现，为了将这种内存管理思想贯彻到 qt 中的方方面面，所以qt 才开发自己的智能指针类模板。
1 #include <qpointer> 2 #include <qsharedpointer> 3 #include <qdebug> 4 5 class test : public qobject // qt 开发中都要将类继承自 qobject 6 { 7 qstring m_name; 8 public: 9 test(const char* name) 10 { 11 qdebug() << "construct @" << name; 12 13 m_name = name; 14 } 15 16 void print() 17 { 18 qdebug() << "member @" << m_name; 19 } 20 21 ~test() 22 { 23 qdebug() << "destruct @" << m_name ; 24 } 25 }; 26 27 int main() 28 { 29 qpointer<test> pt(new test("smartpoint")); 30 qpointer<test> pt1(pt); 31 qpointer<test> pt2(pt); 32 33 pt->print(); 34 pt1->print(); 35 pt2->print(); 36 37 delete pt; // 手工删除，这里只用删除一次就可，上述三个指针都指向null； 38 39 qdebug() << "pt = " << pt; 40 qdebug() << "pt1 = " << pt1; 41 qdebug() << "pt2 = " << pt2; 42 43 qdebug() << "qpointer 与 qsharedpointer 的区别" << endl; 44 45 qsharedpointer<test> spt(new test("smartpoint")); // 引用计数是相对于 test("smartpoint") 对象而言； 46 qsharedpointer<test> spt1(spt); 47 qsharedpointer<test> spt2(spt); 48 49 spt->print(); 50 spt1->print(); 51 spt2->print(); 52 53 return 0; 54 } 55 56 /** 57 * 运行结果： 58 * construct @ smartpoint 59 * member @ "smartpoint" 60 * member @ "smartpoint" 61 * member @ "smartpoint" 62 * destruct @ "smartpoint" 63 * pt = qobject(0x0) 64 * pt1 = qobject(0x0) 65 * pt2 = qobject(0x0) 66 * 67 * qpointer 与 qsharedpointer 的区别 68 * 69 * construct @ smartpoint 70 * member @ "smartpoint" 71 * member @ "smartpoint" 72 * member @ "smartpoint" 73 * destruct @ "smartpoint" 74 * /
4、智能指针模板类的实现
参照 auto_ptr 的设计，同样会在拷贝构造函数和赋值操作符中发生堆空间控制权的转移。
1 // smartpointer.hpp 智能指针模板类 2 #ifndef smartpointer_h 3 #define smartpointer_h 4 5 template 6 <typename t> 7 class smartpointer 8 { 9 private: 10 t *mp; 11 public: 12 smartpointer(t *p = 0); 13 smartpointer(const smartpointer<t>& obj); 14 smartpointer<t>& operator=(const smartpointer<t>& obj); 15 t* operator->(); 16 t& operator*(); 17 bool isnull(); 18 t* get(); 19 ~smartpointer(); 20 21 }; 22 23 template 24 <typename t> 25 smartpointer<t>::smartpointer(t *p) 26 { 27 mp = p; 28 } 29 30 template 31 <typename t> 32 smartpointer<t>::smartpointer(const smartpointer<t>& obj) 33 { 34 mp = obj.mp; 35 const_cast<smartpointer&>(obj).mp = 0; 36 } 37 38 template 39 <typename t> 40 smartpointer<t>& smartpointer<t>::operator=(const smartpointer<t>& obj) 41 { 42 if(this != &obj) 43 { 44 if(mp != 0) 45 { 46 delete mp; 47 } 48 mp = obj.mp; 49 const_cast<smartpointer<t>&>(obj).mp = 0; 50 } 51 52 return *this; 53 } 54 55 template 56 <typename t> 57 t* smartpointer<t>::operator->() 58 { 59 return mp; 60 } 61 62 template 63 <typename t> 64 t& smartpointer<t>::operator*() 65 { 66 return *mp; 67 } 68 69 template 70 <typename t> 71 bool smartpointer<t>::isnull() 72 { 73 return (mp == 0); 74 } 75 76 template 77 <typename t> 78 t* smartpointer<t>::get() 79 { 80 return mp; 81 } 82 83 template 84 <typename t> 85 smartpointer<t>::~smartpointer() 86 { 87 delete mp; 88 } 89 90 #endif 91 92 // main.cpp 测试文件 93 94 #include <iostream> 95 #include "test.hpp" 96 97 using namespace std; 98 99 class test 100 { 101 string m_name; 102 public: 103 test(const char* name) 104 { 105 cout << "construct @" << name << endl; 106 107 m_name = name; 108 } 109 110 void print() 111 { 112 cout << "member @" << m_name << endl; 113 } 114 115 ~test() 116 { 117 cout << "destruct @" << m_name << endl; 118 } 119 }; 120 121 class demo 122 { 123 string m_name; 124 public: 125 demo(const char* name) 126 { 127 cout << "construct @" << name << endl; 128 129 m_name = name; 130 } 131 132 void print() 133 { 134 cout << "member @" << m_name << endl; 135 } 136 137 ~demo() 138 { 139 cout << "destruct @" << m_name << endl; 140 } 141 }; 142 143 144 145 int main(int argc, char const *argv[]) 146 { 147 smartpointer<test> pt(new test("smartpointer template <test>")); 148 149 cout << "pt = " << pt.get() << endl; 150 151 pt->print(); 152 153 cout << endl; 154 155 smartpointer<test> pt1(pt); 156 157 cout << "pt = " << pt.get() << endl; 158 cout << "pt1 = " << pt1.get() << endl; 159 160 pt1->print(); 161 162 //--------------------------------------------------------------- 163 cout << "--------------------------------------------" << endl; 164 165 smartpointer<demo> spt(new demo("smartpointer template <demo>")); 166 167 cout << "spt = " << spt.get() << endl; 168 169 spt->print(); 170 171 cout << endl; 172 173 smartpointer<demo> spt1(spt); 174 175 cout << "spt = " << spt.get() << endl; 176 cout << "spt1 = " << spt1.get() << endl; 177 178 spt1->print(); 179 180 return 0; 181 } 182 /** 183 * 运行结果： 184 * construct @smartpointer template <test> 185 * pt = 0x17bcc20 186 * member @smartpointer template <test> 187 * 188 * pt = 0 189 * pt1 = 0x17bcc20 190 * member @smartpointer template <test> 191 * ----------------------------------------- 192 * construct @smartpointer template <demo> 193 * spt = 0x17bd090 194 * member @smartpointer template <demo> 195 * 196 * spt = 0 197 * spt1 = 0x17bd090 198 * member @smartpointer template <demo> 199 * destruct @smartpointer template <demo> 200 * destruct @smartpointer template <test> 201 */
本节总结：
智能指针能够尽可能的避开内存相关的问题，主要表现在：
（1）内存泄漏
（2）多次释放
本文来自网络收集，不代表计算机技术网立场，如涉及侵权请联系管理员删除。
ctvol管理联系方式QQ:251552304
本文章地址：https://www.ctvol.com/c-cdevelopment/600224.html