什么是智能指针,什么时候应该使用?
当前回答
下面是现代C++(C++11及更高版本)的一个简单答案:
“什么是智能指针?”这是一种类型,其值可以像指针一样使用,但它提供了自动内存管理的附加功能:当智能指针不再使用时,它指向的内存将被释放(另请参阅维基百科上更详细的定义)。“我什么时候该用?”在涉及跟踪内存所有权、分配或取消分配的代码中;智能指针通常不需要显式地执行这些操作。“但在这些情况下,我应该使用哪个智能指针?”当您希望对象的生存时间与对它的单个拥有引用的生存时间一样长时,请使用std::unique_ptr。例如,将它用作指向内存的指针,该指针在进入某个作用域时分配,在退出作用域时取消分配。当您确实希望从多个位置引用对象时,请使用std::shared_ptr,并且不希望在所有这些引用都消失之前取消分配对象。当您确实希望从多个位置引用对象时,请使用std::weak_ptr-对于那些可以忽略和取消分配的引用(因此当您尝试取消引用时,它们会注意到对象已消失)。有人建议在C++26中添加危险指针,但目前还没有。不要使用boost::smart指针或std::auto_ptr,除非在特殊情况下,您可以在必要时阅读。“嘿,我没问该用哪一个!”啊,但你真的想承认。“那么,我什么时候应该使用常规指针?”大部分代码都忽略了内存所有权。这通常发生在从其他地方获取指针的函数中,它们既不分配也不取消分配,也不存储指针的副本,该副本的执行时间会延长。
其他回答
大多数类型的智能指针都为您处理对象指针的处理。它非常方便,因为您不再需要考虑手动处理对象。
最常用的智能指针是std::tr1::shared_ptr(或boost::shared_pt),以及不太常见的std::auto_ptr。我建议经常使用shared_ptr。
shared_ptr非常通用,可以处理各种各样的处理场景,包括需要“跨越DLL边界传递对象”的情况(如果在代码和DLL之间使用不同的libc,这是常见的噩梦)。
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
智能指针是一个类,是普通指针的包装。与普通指针不同,智能指针的生命周期基于引用计数(智能指针对象被分配的次数)。因此,每当智能指针分配给另一个指针时,内部引用计数加上。每当对象超出范围时,引用计数减。
自动指针,虽然看起来类似,但与智能指针完全不同。这是一个方便的类,每当自动指针对象超出变量范围时,它就释放资源。在某种程度上,它使指针(指向动态分配的内存)的工作方式类似于堆栈变量(在编译时静态分配)。
下面是现代C++(C++11及更高版本)的一个简单答案:
“什么是智能指针?”这是一种类型,其值可以像指针一样使用,但它提供了自动内存管理的附加功能:当智能指针不再使用时,它指向的内存将被释放(另请参阅维基百科上更详细的定义)。“我什么时候该用?”在涉及跟踪内存所有权、分配或取消分配的代码中;智能指针通常不需要显式地执行这些操作。“但在这些情况下,我应该使用哪个智能指针?”当您希望对象的生存时间与对它的单个拥有引用的生存时间一样长时,请使用std::unique_ptr。例如,将它用作指向内存的指针,该指针在进入某个作用域时分配,在退出作用域时取消分配。当您确实希望从多个位置引用对象时,请使用std::shared_ptr,并且不希望在所有这些引用都消失之前取消分配对象。当您确实希望从多个位置引用对象时,请使用std::weak_ptr-对于那些可以忽略和取消分配的引用(因此当您尝试取消引用时,它们会注意到对象已消失)。有人建议在C++26中添加危险指针,但目前还没有。不要使用boost::smart指针或std::auto_ptr,除非在特殊情况下,您可以在必要时阅读。“嘿,我没问该用哪一个!”啊,但你真的想承认。“那么,我什么时候应该使用常规指针?”大部分代码都忽略了内存所有权。这通常发生在从其他地方获取指针的函数中,它们既不分配也不取消分配,也不存储指针的副本,该副本的执行时间会延长。
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。