C++智能指针-unique-ptr智能指针详解.pdf
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C++智能指针 智能指针_unique_ptr智能指针详解 智能指针详解 作为智能指针的⼀种,unique_ptr 指针⾃然也具备"在适当时机⾃动释放堆内存空间"的能⼒。和 shared_ptr 指针最⼤的不同之处在 于,unique_ptr 指针指向的堆内存⽆法同其它 unique_ptr 共享,也就是说,每个 unique_ptr 指针都独⾃拥有对其所指堆内存空间的所有 权。 这也就意味着,每个 unique_ptr 指针指向的堆内存空间的引⽤计数,都只能为 1,⼀旦该 unique_ptr 指针放弃对所指堆内存空 间的所有权,则该空间会被⽴即释放回收。 unique_ptr 智能指针是以模板类的形式提供的,unique_ptr<T>(T 为指针所指数据的类型)定义在<memory>头⽂件,并位于 std 命名空间 中。因此,要想使⽤ unique_ptr 类型指针,程序中应⾸先包含如下 2 条语句: 1. #include <memory> 2. using namespace std; 第 2 句并不是必须的,可以不添加,则后续在使⽤ unique_ptr 指针时,必须标注std:: 。 unique_ptr智能指针的创建 智能指针的创建 考虑到不同实际场景的需要,unique_ptr<T> 模板类提供了多个实⽤的构造函数,这⾥给读者列举了⼏种常⽤的构造 unique_ptr 智能指针的⽅式。 1) 通过以下 2 种⽅式,可以创建出空的 unique_ptr 指针: 1. std::unique_ptr<int> p1(); 2. std::unique_ptr<int> p2(nullptr); 2) 创建 unique_ptr 指针的同时,也可以明确其指向。例如: 1. std::unique_ptr<int> p3(new int); 由此就创建出了⼀个 p3 智能指针,其指向的是可容纳 1 个整数的堆存储空间。 和可以⽤ make_shared<T>() 模板函数初始化 shared_ptr 指针不同,C++11 标准中并没有为 unique_ptr 类型指针添 加类似的模板函数。 3) 基于 unique_ptr 类型指针不共享各⾃拥有的堆内存,因此 C++11 标准中的 unique_ptr 模板类没有提供拷贝构造函数,只提供 了移动构造函数。例如: 1. std::unique_ptr<int> p4(new int); 2. std::unique_ptr<int> p5(p4);//错误,堆内存不共享 3. std::unique_ptr<int> p5(std::move(p4));//正确,调⽤移动构造函数 值得⼀提的是,对于调⽤移动构造函数的 p4 和 p5 来说,p5 将获取 p4 所指堆空间的所有权,⽽ p4 将变成空指针(nullptr)。 4) 默认情况下,unique_ptr 指针采⽤ std::default_delete<T> ⽅法释放堆内存。当然,我们也可以⾃定义符合实际场景的释放规 则。值得⼀提的是,和 shared_ptr 指针不同,为 unique_ptr ⾃定义释放规则,只能采⽤函数对象的⽅式。例如: 1. //⾃定义的释放规则 2. struct myDel 3. { 4. void operator()(int *p) { 5. delete p; 6. } 7. }; 8. std::unique_ptr<int, myDel> p6(new int); 9. //std::unique_ptr<int, myDel> p6(new int, myDel()); unique_ptr<T>模板类提供的成员⽅法 模板类提供的成员⽅法 为了⽅便⽤户使⽤ unique_ptr 智能指针,unique_ptr<T> 模板类还提供有⼀些实⽤的成员⽅法,它们各⾃的功能如表 1 所⽰。 表 1 unique_ptr指针可调⽤的成员函数 成员函数名 成员函数名 功 功 能 能 operator*() 获取当前 unique_ptr 指针指向的数据。 operator->() 重载 -> 号,当智能指针指向的数据类型为⾃定义的结构体时,通过 -> 运算符可以获取其内部的指定成员。 operator =() 重载了 = 赋值号,从⽽可以将 nullptr 或者⼀个右值 unique_ptr 指针直接赋值给当前同类型的 unique_ptr 指针。 operator []() 重载了 [] 运算符,当 unique_ptr 指针指向⼀个数组时,可以直接通过 [] 获取指定下标位置处的数据。 get() 获取当前 unique_ptr 指针内部包含的普通指针。 get_deleter() 《C++智能指针——unique_ptr智能指针详解》 智能指针是C++中用于自动管理动态分配内存的一种工具,它可以确保在适当的时候自动释放内存,从而避免内存泄漏的问题。其中,`unique_ptr`是一种特殊的智能指针,它拥有对所指向内存的唯一所有权,不允许与其他`unique_ptr`共享所有权。 `unique_ptr`的特性主要体现在以下几个方面: 1. **唯一所有权**:每个`unique_ptr`实例独占其所指向的内存,这意味着它不支持拷贝构造函数,但支持移动构造函数。例如: ```cpp std::unique_ptr<int> p4(new int); std::unique_ptr<int> p5(p4); // 错误,不能拷贝 std::unique_ptr<int> p5(std::move(p4)); // 正确,通过移动构造函数转移所有权 ``` 2. **自动释放**:`unique_ptr`在生命周期结束时会调用默认删除器`std::default_delete<T>`来释放内存。如果需要自定义内存释放规则,可以使用第二个模板参数指定,例如: ```cpp struct myDel { void operator()(int *p) { delete p; } }; std::unique_ptr<int, myDel> p6(new int); ``` 3. **构造方式**:可以创建空的`unique_ptr`或直接初始化指向新分配的内存,例如: ```cpp std::unique_ptr<int> p1(); // 创建空的unique_ptr std::unique_ptr<int> p2(nullptr); // 创建空的unique_ptr std::unique_ptr<int> p3(new int); // 初始化指向新的int ``` 4. **操作方法**:`unique_ptr`提供了丰富的成员函数供用户使用,如: - `operator*()`:访问智能指针所指向的对象。 - `operator->()`:重载`->`运算符,方便访问指向的结构体成员。 - `operator=`:重载赋值运算符,可以将`nullptr`或右值`unique_ptr`赋值给同类型`unique_ptr`,实现所有权转移。 - `operator[]()`:对于指向数组的`unique_ptr`,可以通过下标访问元素。 - `get()`:返回智能指针内部保存的原始指针。 - `get_deleter()`:获取释放内存的删除器对象。 - `operator bool()`:将`unique_ptr`转换为布尔值,用于条件判断。 5. **不支持`make_unique`**:与`shared_ptr`不同,C++11标准并未提供`make_unique`函数,因此无法像初始化`shared_ptr`那样便捷地创建`unique_ptr`。 `unique_ptr`的这些特性使其成为管理动态内存的理想选择,尤其是在单个所有者的情景下。其对所有权的严格控制和自动释放内存的能力使得代码更加安全,避免了手动管理内存可能导致的错误。在C++编程中,合理使用`unique_ptr`可以显著提高代码的健壮性和可维护性。
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