什么是智能指针,什么时候应该使用?

Alex Reynolds 1567 c++ pointers smart-pointers c++-faq c++11

什么是智能指针,什么时候应该使用?

Lloyd.. 1743

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命周期.没有单一的智能指针类型,但所有这些都尝试以实用的方式抽象原始指针.

智能指针应优先于原始指针.如果你觉得你需要使用指针(第一考虑,如果你真的这样做),你通常会想使用智能指针,因为这可以减轻许多与原始指针的问题,主要是忘记删除的对象和内存泄漏.

使用原始指针,程序员必须在不再有用时显式地销毁该对象.

// 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,智能指针定义了一个关于何时销毁对象的策略.您仍然需要创建对象,但您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,例如由boost::scoped_ptr或实现std::unique_ptr.

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

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

请注意,scoped_ptr无法复制实例.这可以防止指针被多次删除(不正确).但是,您可以将引用传递给您调用的其他函数.

当您想要将对象的生命周期与特定的代码块联系起来,或者将其作为成员数据嵌入到另一个对象(另一个对象的生命周期)中时,范围指针很有用.该对象一直存在,直到退出包含的代码块,或者直到包含的对象本身被销毁为止.

更复杂的智能指针策略涉及引用计数指针.这确实允许复制指针.当销毁对象的最后一个"引用"时,将删除该对象.该政策由boost::shared_ptr和实施std::shared_ptr.

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.

当对象的生命周期复杂得多时,引用计数指针非常有用,并且不直接与特定的代码段或另一个对象绑定.

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!

另一种可能性是创建循环引用:

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

boost::shared_ptr<Owner> p1 (new Owner());
boost::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都定义了一个weak_ptr定义a的弱(不计数)引用shared_ptr.


UPDATE

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.从C++ 11开始,标准库提供了足够的智能指针类型,所以你应该喜欢使用std::unique_ptr,std::shared_ptrstd::weak_ptr.

还有std::auto_ptr.它非常像一个范围指针,除了它还具有"特殊"危险的复制能力 - 这也意外地转移了所有权!它在最新标准中被弃用,因此您不应该使用它.使用std::unique_ptr来代替.

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.

  • 很棒的答案.如果为c ++ 11更新它会很好.我找到了这个答案,寻找有关新11标准的信息,如果未来的访问者能够找到更新的信息,这将是很好的.我知道auto_ptr已被弃用.我相信shated_ptr和weak_ptr如上所述存在,我认为scoped_ptr现在是标准中的unique_ptr.如果这是真的,请回答这个答案吗? (30认同)
  • 要说创建悬挂引用的可能性是引用计数指针的缺点是绝对疯狂的.可能的悬空引用是**任何C++指针**的缺点.事实上,智能指针旨在*缓解*正是这个缺点. (14认同)
  • 如果你声明一个指向智能指针的指针(就像在示例中所做的那样),你会故意放弃智能指针的所有好处.这不是缺点或设计缺陷,它是可以想象的最愚蠢的用法. (13认同)
  • 你的意思是`std :: auto_ptr <MyObject> p1(new MyObject());`而不是`std :: auto_ptr <MyObject> p1(new Owner());`? (7认同)
  • 很好的答案.如果为C++ 14更新它会很好.嘿,whaddaya知道,有人对C++ 11做了同样的评论,三年多前...... :-( (6认同)
  • 如果你坚持使用C++ 03,那么`const std :: auto_ptr`是安全的.在我访问C++ 11之前,我将它用于pimpl模式. (2认同)

einpoklum.. 220

这是现代C++的简单答案:

  • 什么是智能指针?
    它是一种类型,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,它指向的内存被释放(请参阅维基百科上更详细的定义).
  • 我应该什么时候使用?
    在代码中涉及跟踪一块内存的所有权,分配或取消分配; 智能指针通常可以节省您明确执行这些操作的需要.
  • 但是我应该在哪些情况下使用哪个智能指针?
    • 使用std::unique_ptr时,你不打算持有到同一对象的多个引用.例如,将它用作指向内存的指针,该指针在进入某个范围时分配,并在退出范围时取消分配.
    • std::shared_ptr当你想要从多个地方引用你的对象时使用- 并且不希望你的对象被解除分配,直到所有这些引用都消失了.
    • std::weak_ptr当你想要从多个地方引用你的对象时使用- 对于那些可以忽略和解除分配的引用(所以当你试图取消引用时它们只会注意到对象已经消失).
    • 不要使用boost::智能指针或std::auto_ptr在特殊情况下使用,如果必须,可以阅读.
  • 嘿,我没问过哪一个用!
    啊,但你真的很想,承认这一点.
  • 那我什么时候应该使用常规指针呢?
    主要是代码中没有内存所有权.这通常是在从其他地方获取指针而不分配或取消分配的函数中,并且不存储比其执行更长的指针的副本.

  • 值得注意的是,虽然智能(拥有)指针有助于正确的内存管理,但原始(非拥有)指针仍然可用于数据结构中的其他组织目的.Herb Sutter在2016年CppCon上对此事进行了精彩的演讲,您可以在YouTube上看到:[C++中的泄漏自由...默认情况下.](https://youtu.be/JfmTagWcqoE) (4认同)

sergtk.. 103

智能指针是类似指针的类型,具有一些附加功能,例如自动内存释放,引用计数等.

小型介绍可在页面上找到智能指针 - 什么,为什么,哪个?.

其中一个简单的智能指针类型是std::auto_ptr(C++标准的第20.4.5节),它允许在超出范围时自动释放内存,并且在抛出异常时比简单指针使用更强大,尽管灵活性较低.

另一个方便的类型是boost::shared_ptr实现引用计数,并在没有对象的引用时自动释放内存.这有助于避免内存泄漏,并且易于使用来实现RAII.

题目在David Vandevoorde,Nicolai M. Josuttis,第20章,智能指针的书"C++模板:完整指南"中有详细介绍.涉及的一些主题:

  • +1是这个列表中的唯一答案(当前18个活跃的答案),甚至提到**RAII**. (13认同)

Sridhar Iyer.. 38

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更简单:智能指针只是一个重载->*运算符的类.这意味着,你的对象语义上看起来像一个指针,但你可以把它做的方式凉的东西,包括引用计数,自动销毁等 shared_ptr,并auto_ptr在大多数情况下足够了,但用自己的一套小特质的一起走.


markets.. 28

智能指针就像常规(类型)指针,如"char*",除非指针本身超出范围,否则它指向的内容也会被删除.您可以像使用常规指针一样使用" - >",但如果您需要实际的数据指针则不能.为此,您可以使用"&*ptr".

它对以下内容很有用:

  • 必须使用new分配的对象,但是您希望与该堆栈上的内容具有相同的生命周期.如果将对象分配给智能指针,则在程序退出该功能/块时将删除它们.

  • 类的数据成员,以便在删除对象时删除所有拥有的数据,在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) .

您可能希望在以下情况下使用智能指针:

  • ...指针实际上不应该拥有数据...即,当您只是使用数据时,但是您希望它能够在您引用它的函数中存活.
  • ......智能指针本身不会在某些时候被破坏.您不希望它位于永远不会被破坏的内存中(例如在动态分配但不会被显式删除的对象中).
  • ......两个智能指针可能指向相同的数据.(然而,有更聪明的指针可以处理...这称为引用计数.)

也可以看看:


Chris Jester.. 16

大多数类型的智能指针都会为您处理指针对象的处理.它非常方便,因为您不必再​​考虑手动处理对象了.

最常用的智能指针是std::tr1::shared_ptr(或boost::shared_ptr),不太常见std::auto_ptr.我建议经常使用shared_ptr.

shared_ptr是非常通用的,处理各种各样的处理场景,包括对象需要"跨越DLL边界"的情况(如果libc在代码和DLL之间使用不同的s ,常见的噩梦案例).


Saqlain.. 16

智能指针是一个像指针一样的对象,但另外还提供对构造,销毁,复制,移动和解除引用的控制.

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提供以下智能指针实现:

  • shared_ptr<T>是指向T使用引用计数来确定何时不再需要该对象的指针.
  • scoped_ptr<T>是超出范围时自动删除的指针.无法进行任务.
  • intrusive_ptr<T>是另一个引用计数指针.它提供了比它更好的性能shared_ptr,但要求类型T提供自己的引用计数机制.
  • weak_ptr<T>是一个弱指针,与shared_ptr避免循环引用一起工作.
  • shared_array<T>就像shared_ptr,但对于阵列T.
  • scoped_array<T>就像scoped_ptr,但对于阵列T.

这些只是每个的一个线性描述,可以根据需要使用,进一步的细节和示例可以看看Boost的文档.

此外,C++标准库提供了三个智能指针; std::unique_ptr独特的所有权,std::shared_ptr共享所有权和std::weak_ptr.std::auto_ptr存在于C++ 03中但现已弃用.


Santosh.. 10

以下是类似答案的链接:http://sickprogrammersarea.blogspot.in/2014/03/technical-interview-questions-on-c_6.html

智能指针是一种对象,其行为,外观和感觉类似于普通指针,但提供更多功能.在C++中,智能指针实现为封装指针和覆盖标准指针运算符的模板类.与常规指针相比,它们具有许多优点.保证将它们初始化为空指针或指向堆对象的指针.检查通过空指针的间接方向.不需要删除.当指向它们的最后一个指针消失时,对象会自动释放.这些智能指针的一个重要问题是,与常规指针不同,它们不尊重继承.智能指针对多态代码没有吸引力.下面给出了智能指针实现的示例.

例:

template <class X>
class smart_pointer
{
          public:
               smart_pointer();                          // makes a null pointer
               smart_pointer(const X& x)            // makes pointer to copy of x

               X& operator *( );
               const X& operator*( ) const;
               X* operator->() const;

               smart_pointer(const smart_pointer <X> &);
               const smart_pointer <X> & operator =(const smart_pointer<X>&);
               ~smart_pointer();
          private:
               //...
};

此类实现指向类型为X的对象的智能指针.对象本身位于堆上.以下是如何使用它:

smart_pointer <employee> p= employee("Harris",1333);

像其他重载运算符一样,p的行为类似于常规指针,

cout<<*p;
p->raise_salary(0.5);


Jorge Ferrei.. 8

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,它在提供附加功能时模拟指针,例如自动垃圾收集或边界检查.这些附加功能旨在减少因滥用指针而导致的效率降低而导致的错误.智能指针通常跟踪指向它们的对象以进行内存管理.滥用指针是错误的主要来源:必须由使用指针编写的程序执行的常量分配,释放和引用使得很可能发生一些内存泄漏.智能指针试图通过自动释放资源来防止内存泄漏:当指向对象(或一系列指针中的最后一个)的指针被销毁时,


nnrales.. 5

设T为本教程中的一个类C++中的指针可分为3种类型:

1)原始指针:

T a;  
T * _ptr = &a; 

它们将内存地址保存到内存中的某个位置.请谨慎使用,因为程序变得复杂,难以跟踪.

带有const数据或地址的指针{Read backwardwards}

T a ; 
const T * ptr1 = &a ; 
T const * ptr1 = &a ;

指向数据类型T的指针,它是一个const.这意味着您无法使用指针更改数据类型.即*ptr1 = 19; 不管用.但你可以移动指针.即ptr1++ , ptr1--; 等会工作.向后读:指向类型T的指针,即const

  T * const ptr2 ;

指向数据类型T的const指针.意味着您无法移动指针,但您可以更改指针指向的值.即*ptr2 = 19可以工作,但ptr2++ ; ptr2--等将无法正常工作.向后读:const指向类型T的指针

const T * const ptr3 ; 

指向const数据类型T的const指针.这意味着您既不能移动指针也不能将数据类型指针更改为指针.即.ptr3-- ; ptr3++ ; *ptr3 = 19;不管用

3)智能指针:{ #include <memory>}

共享指针:

  T a ; 
     //shared_ptr<T> shptr(new T) ; not recommended but works 
     shared_ptr<T> shptr = make_shared<T>(); // faster + exception safe

     std::cout << shptr.use_count() ; // 1 //  gives the number of " 
things " pointing to it. 
     T * temp = shptr.get(); // gives a pointer to object

     // shared_pointer used like a regular pointer to call member functions
      shptr->memFn();
     (*shptr).memFn(); 

    //
     shptr.reset() ; // frees the object pointed to be the ptr 
     shptr = nullptr ; // frees the object 
     shptr = make_shared<T>() ; // frees the original object and points to new object

使用引用计数实现,以跟踪有多少"事物"指向指针指向的对象.当此计数变为0时,将自动删除对象,即当指向对象的所有share_ptr超出范围时,将删除对象.这消除了必须删除使用new分配的对象的麻烦.

弱指针: 帮助处理使用共享指针时出现的循环引用如果有两个共享指针指向两个对象,并且有一个指向彼此共享指针的内部共享指针,则会有一个循环引用,并且该对象不会当共享指针超出范围时删除.要解决此问题,请将内部成员从shared_ptr更改为weak_ptr.注意:要访问弱指针所指向的元素,请使用lock(),这将返回weak_ptr.

T a ; 
shared_ptr<T> shr = make_shared<T>() ; 
weak_ptr<T> wk = shr ; // initialize a weak_ptr from a shared_ptr 
wk.lock()->memFn() ; // use lock to get a shared_ptr 
//   ^^^ Can lead to exception if the shared ptr has gone out of scope
if(!wk.expired()) wk.lock()->memFn() ;
// Check if shared ptr has gone out of scope before access

请参阅:什么时候std :: weak_ptr有用吗?

独特指针: 轻量级智能指针,拥有独家所有权.当指针指向唯一对象而不共享指针之间的对象时使用.

unique_ptr<T> uptr(new T);
uptr->memFn(); 

//T * ptr = uptr.release(); // uptr becomes null and object is pointed to by ptr
uptr.reset() ; // deletes the object pointed to by uptr 

要更改唯一ptr指向的对象,请使用move语义

unique_ptr<T> uptr1(new T);
unique_ptr<T> uptr2(new T);
uptr2 = std::move(uptr1); 
// object pointed by uptr2 is deleted and 
// object pointed by uptr1 is pointed to by uptr2
// uptr1 becomes null 

引用:它们本质上可以作为const指针,即一个const指针,不能用更好的语法移动.

请参阅:C++中指针变量和引用变量之间有什么区别?

r-value reference : reference to a temporary object   
l-value reference : reference to an object whose address can be obtained
const reference : reference to a data type which is const and cannot be modified 

参考:https: //www.youtube.com/channel/UCEOGtxYTB6vo6MQ-WQ9W_nQ 感谢Andre指出这个问题.


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