什么是智能指针,什么时候应该使用?


当前回答

智能指针类似于常规(类型化)指针,如“char*”,除非指针本身超出范围,否则它所指向的内容也会被删除。您可以像使用常规指针一样使用它,方法是使用“->”,但如果您需要指向数据的实际指针,则不需要。为此,可以使用“&*ptr”。

它适用于:

对象必须分配新的,但您希望与堆栈中的对象具有相同的生存期。如果对象被分配给智能指针,那么当程序退出该函数/块时,它们将被删除。类的数据成员,因此当对象被删除时,所有拥有的数据也会被删除,而析构函数中没有任何特殊代码(您需要确保析构函数是虚拟的,这几乎总是一件好事)。

在以下情况下,您可能不想使用智能指针:

…指针实际上不应该拥有数据。。。即,当您只是在使用数据,但希望它在引用它的函数中生存时。…智能指针本身不会在某个时刻被破坏。您不希望它位于永远不会被破坏的内存中(例如动态分配但不会显式删除的对象中)。…两个智能指针可能指向相同的数据。(然而,还有更聪明的指针可以处理这一点……这就是所谓的引用计数。)

另请参见:

垃圾收集。关于数据所有权的堆栈溢出问题

其他回答

http://en.wikipedia.org/wiki/Smart_pointer

在计算机科学中,智能指针是一种抽象数据类型模拟指针,同时提供其他功能,如自动垃圾收集或边界检查。这些附加功能旨在减少因误用指针,同时保持效率。智能指针通常跟踪指向它们的对象内存管理的目的。这个指针的误用是一个主要原因错误:恒定分配,释放和引用由编写的程序执行使用指针很可能会发生一些内存泄漏。智能指针试图阻止内存通过制造资源泄漏自动解除分配:当指向对象的指针(或一系列指针)被破坏例如,因为它超出了范围,指向的对象也被破坏。

更新

这个答案相当陈旧,因此描述了当时的“好”,这是Boost库提供的智能指针。自C++11以来,标准库提供了足够的智能指针类型,因此您应该倾向于使用std::unique_ptr、std::shared_ptr和std::weak_ptr。

还有std::auto_ptr。它非常像一个作用域指针,只是它还具有“特殊”的危险复制能力——这也意外地转移了所有权。它在C++11中被弃用,在C++17中被删除,因此您不应该使用它。

std::auto_ptr<MyObject> p1 (new MyObject());
std::auto_ptr<MyObject> p2 = p1; // Copy and transfer ownership. 
                                 // p1 gets set to empty!
p2->DoSomething(); // Works.
p1->DoSomething(); // Oh oh. Hopefully raises some NULL pointer exception.

旧答案

智能指针是一个包装“原始”(或“裸”)C++指针的类,用于管理所指向对象的生存期。没有单一的智能指针类型,但所有的智能指针都试图以实用的方式抽象原始指针。

智能指针应优先于原始指针。如果您觉得需要使用指针(如果确实需要,请首先考虑),通常会使用智能指针,因为这可以缓解原始指针的许多问题,主要是忘记删除对象和内存泄漏。

对于原始指针,程序员必须在对象不再有用时显式地销毁它。

// Need to create the object to achieve some goal
MyObject* ptr = new MyObject(); 
ptr->DoSomething(); // Use the object in some way
delete ptr; // Destroy the object. Done with it.
// Wait, what if DoSomething() raises an exception...?

通过比较,智能指针定义了有关对象何时被销毁的策略。您仍然需要创建对象,但不必再担心会破坏它。

SomeSmartPtr<MyObject> ptr(new MyObject());
ptr->DoSomething(); // Use the object in some way.

// Destruction of the object happens, depending 
// on the policy the smart pointer class uses.

// Destruction would happen even if DoSomething() 
// raises an exception

使用中最简单的策略涉及智能指针包装器对象的范围,例如通过boost::scoped_ptr或std::unique_ptr实现。

void f()
{
    {
       std::unique_ptr<MyObject> ptr(new MyObject());
       ptr->DoSomethingUseful();
    } // ptr goes out of scope -- 
      // the MyObject is automatically destroyed.

    // ptr->Oops(); // Compile error: "ptr" not defined
                    // since it is no longer in scope.
}

注意,不能复制std::unique_ptr实例。这可以防止指针被多次删除(错误地)。但是,您可以将对它的引用传递给您调用的其他函数。

当您想要将对象的生存期与特定的代码块绑定时,或者如果您将其作为成员数据嵌入到另一个对象中,那么uniqueptrs非常有用。该对象一直存在,直到包含代码块退出,或者直到包含对象本身被销毁。

更复杂的智能指针策略涉及对指针进行引用计数。这允许复制指针。当对象的最后一个“引用”被破坏时,该对象将被删除。此策略由boost::shared_ptr和std::shared-ptr实现。

void f()
{
    typedef std::shared_ptr<MyObject> MyObjectPtr; // nice short alias
    MyObjectPtr p1; // Empty

    {
        MyObjectPtr p2(new MyObject());
        // There is now one "reference" to the created object
        p1 = p2; // Copy the pointer.
        // There are now two references to the object.
    } // p2 is destroyed, leaving one reference to the object.
} // p1 is destroyed, leaving a reference count of zero. 
  // The object is deleted.

当对象的生存期复杂得多,并且不直接与特定的代码段或其他对象绑定时,引用计数指针非常有用。

引用计数指针有一个缺点——创建悬空引用的可能性:

// Create the smart pointer on the heap
MyObjectPtr* pp = new MyObjectPtr(new MyObject())
// Hmm, we forgot to destroy the smart pointer,
// because of that, the object is never destroyed!

另一种可能是创建循环引用:

struct Owner {
   std::shared_ptr<Owner> other;
};

std::shared_ptr<Owner> p1 (new Owner());
std::shared_ptr<Owner> p2 (new Owner());
p1->other = p2; // p1 references p2
p2->other = p1; // p2 references p1

// Oops, the reference count of of p1 and p2 never goes to zero!
// The objects are never destroyed!

为了解决这个问题,Boost和C++11都定义了weak_ptr来定义对shared_ptr的弱(未计数)引用。

智能指针是一种类似指针的对象,但它还提供了对构造、销毁、复制、移动和取消引用的控制。

人们可以实现自己的智能指针,但许多库也提供智能指针实现,每个实现都有不同的优点和缺点。

例如,Boost提供了以下智能指针实现:

shared_ptr<T>是一个指向T的指针,它使用引用计数来确定何时不再需要对象。scoped_ptr<T>是一个在超出范围时自动删除的指针。无法分配。intrusive_ptr<T>是另一个引用计数指针。它提供了比shared_ptr更好的性能,但需要类型T提供自己的引用计数机制。weak_ptr<T>是一个弱指针,与shared_ptr一起工作以避免循环引用。shared_array<T>类似于shared_ptr,但对于T的数组。scoped_array<T>类似于scoped_ptr,但对于T的数组。

这些只是对每一个的一个线性描述,可以根据需要使用,有关更多细节和示例,可以查看Boost的文档。

此外,C++标准库提供了三个智能指针;std::unique_ptr表示唯一所有权,std::shared_ptr表示共享所有权,std::weak_ptr表示共享所有权。std::auto_ptr在C++03中存在,但现在已弃用。

Chris、Sergdev和Llyod提供的定义是正确的。我更喜欢一个更简单的定义,只是为了让我的生活简单:智能指针只是一个重载->和*运算符的类。这意味着你的对象在语义上看起来像一个指针,但你可以让它做一些更酷的事情,包括引用计数、自动销毁等。sharedptr和autoptr在大多数情况下都是足够的,但它们也有自己的一些小特点。

更新:

对于过去使用的C++类型,这个答案已经过时了。std::auto_ptr在新标准中被弃用并删除。应该使用std::shared_ptr而不是boost::shared_pt,这是标准的一部分。

与智能指针原理背后的概念的联系仍然是最相关的。

现代C++具有以下智能指针类型,不需要boost智能指针:

std::shared_ptr标准::weak_ptr标准::unique_ptr

答案中还提到了该书的第二版:《C++模板:完整指南第二版》,作者:David Vandvoorde Nicolai、M.Josuttis、Douglas Gregor


旧答案:

智能指针是一种类似指针的类型,具有一些附加功能,例如自动内存释放、引用计数等。

智能指针页面上有一个小介绍-什么,为什么,哪个?。

其中一种简单的智能指针类型是std::auto_ptr(C++标准第20.4.5章),它允许在内存超出范围时自动释放内存,并且在抛出异常时比简单的指针用法更健壮,尽管灵活性较低。

另一种方便的类型是boost::shared_ptr,它实现引用计数,并在没有对对象的引用时自动释放内存。这有助于避免内存泄漏,并且易于用于实现RAII。

David Vandvoorde、Nicolai M.Josuttis的《C++模板:完整指南》一书第20章对这一主题进行了深入探讨。智能指针。涉及的一些主题:

防止异常Holders,(注意,std::auto_ptr是此类智能指针的实现)资源获取是初始化(这通常用于C++中的异常安全资源管理)持有人限制参考计数并发计数器访问销毁和处置