shared_ptr簡介以及常見問題

http://blog.csdn.net/stelalala/article/details/19993425

本文中的shared_ptr以vs2010中的std::tr1::shared_ptr作為研究對象。可能和boost中的有些許差異，特此說明。

基本功能

shared_ptr提供了一個管理內存的簡單有效的方法。shared_ptr能在以下方面給開發提供便利：

1、 使用shared_ptr能有效的解決忘記釋放內存帶來的內存泄漏問題。同時通過自定義刪除器功能還能廣泛的用于任何需要”釋放”的資源管理。

2、 利用weak_ptr和shared_ptr搭配使用能解決一部分由于重復釋放導致的野指針問題。

基本構造方式

不談拷貝構造的話，shared_ptr的基本構造方式有4種：

1、 無參數構造。

2、 傳入一個指針構造一個shared_ptr。例如shared_ptr<Foo> f(new Foo)。

3、 傳入一個指針和一個刪除器構造一個shared_ptr。例子見后文。

4、 傳入一個指針、一個刪除器以及一個allocator構造一個shared_ptr。

當然還有一些其他的，例如從auto_ptr從weak_ptr從null_ptr構造。

另外，類似于void*，shared_ptr<void>可以容納任何類型的指針。

其他常用方法

l use_count()方法。獲取到當前智能指針的引用計數。0表示沒有任何地方引用。

l get()方法。獲取到raw指針。

l reset()方法。重新設置智能指針指向的對象，引用計數重新設置為1。reset方法的函數原型有4種，基本上和前文提到的4種構造函數一一對應。

l swap()方法。交換兩個智能指針的內容。

l operater =()方法。該方法會涉及到引用計數的增加。

關于自定義刪除器

智能指針能夠自定義刪除器是一個很重要的功能，該功能使得能夠跨dll傳遞shared_ptr變為可能（當然前提是多個dll使用的shared_ptr實現要一樣）。尤其是當c++11的Lambda表達式出現后這個功能用起來更加方便。

先來看自定義刪除器的構造方法：

template<class _Ux,

class _Dx>

shared_ptr(_Ux *_Px, _Dx _Dt)

{ // construct with _Px, deleter

_Resetp(_Px, _Dt);

}

其中構造函數的第二個參數就是刪除器。這里要求刪除器：

1、 是”可調用”的即可，例如function object、函數指針、Lambda表達式、bind/functor等等均可。

2、 返回值是void，參數是Ux*

3、 從形參看出，刪除器以傳值的方式傳入，所以要求刪除器要是可拷貝的，否則會編譯出錯。

4、 刪除器不要拋出異常。

例如：

shared_ptr<Foo> shot1(new Foo(1),[&](Foo* p){p->Release();});

make_shared有何用處

boost或者stl都提供了make_shared這個函數。用來方便的創建shared_ptr。

make_shared的好處有兩點：

1、 既然用了shared_ptr不用手動delete指針，那么最好也不要在代碼中出現new。make_shared正是在函數內封裝了new的操作。

2、 從shared_ptr的數據接口了解到，在構造shared_ptr的時候，會new出一個對象保存指針的相關信息。所以一般來說，shared_ptr<Foo> x(new Foo); 需要為Foo 和ref_count 各分配一次內存。如果使用make_shared來創建的話，make_shared內部會盡量將兩次內存分配在連續的位置（這個得看用的什么heap管理）。這里理論上能夠更快一些。

說下缺點：

1、 make_shared只能針對new出來的，對于使用工廠創建出來的對象無能為力。

2、 需要定制刪除器時，make_shared無能為力。

3、 make_shared目前只支持10個參數

另外，make_shared代碼很有意思，為了方便的定義10個參數，宏定義用得鬼斧神工。

如何進行類型cast

如果只能指針聲明為基類的指針，指向的實際類型是子類的話，shared_ptr會自動完成。其他的轉型一眼就能看明白，無需多言：

tr1::const_pointer_cast

tr1::dynamic_pointer_cast

tr1::static_pointer_cast

使用shared_ptr可能會遇到的問題

生命周期的問題

使用shared_ptr的目的就是管理對象的生命周期。在使用了shared_ptr以后有幾個事情會變得和以往不太一樣。

首先，用了shared_ptr就表明對象是使用引用計數來管理，那么該對象什么時候真正被從內存中釋放掉就不是很明顯了。比如說，可能你的代碼中持有了一份shared_ptr的拷貝，就會導致某個對象一直存留下來。

shared_ptr多次引用同一數據

發生這樣的事情后，最好的下場是：后釋放的shared_ptr在析構的時候吐核。

在實際編碼中要注意。不要把一個raw指針交給多個shared_ptr管理。發生這樣的事情很可能是在遺留代碼上使用新特性導致的。

this指針的問題

例如這樣的例子：

class Foo

{

public:

Foo* GetThis()

{

return this;

}

}

要把這樣的代碼改為返回shared_ptr<Foo>，不那么好改。假如直接這樣修改會有嚴重的問題：

shared_ptr<Foo> GetThis()

{

return shared_ptr<Foo>(this);

}

因為shared_ptr<Foo>被使用完后就析構了，引用計數減到0以后就會把this delete掉。照成野指針。

為了解決這個問題，標準庫提供了一個方法：讓類派生自一個模板類：enable_shared_from_this<T>。然后調用shared_from_this()函數即可。

class Foo: public enable_shared_from_this<Foo>

{

public:

shared_ptr<Foo> GetThis()

{

return shared_from_this();;

}

}

這個方法看上去不那么美觀，但是確實解決了一些問題。也帶來了另一些問題：shared_from_this()這個函數不能夠在構造函數中調用。具體原理下一篇文章剖析shared_ptr實現原理時再講吧。

多線程的問題

shared_ptr的線程安全的定義在boost的文檔中有明確的說明：

l 一個shared_ptr對象可以被多個線程同時read

l 兩個shared_ptr對象，指向同一個raw指針，兩個個線程分別write這兩個shared_ptr對象，是安全的。包括析構。

l 多個線程如果要對同一個shared_ptr對象讀寫，是線程不安全的

也就是說，唯一需要注意的就是：多個線程中對同一個shared_ptr對象讀寫時需要加鎖。但是即使是加鎖也有技巧。比較好的方式是：

thread.lock();

shared_ptr tmpPtr=globalSharedPtr; // globalSharedPtr是多個線程讀寫的那個

thread.unlock();

后面的操作均針對tmpPtr進行

…

環形引用的問題

環形引用是指這樣的情況：

Class A的一個實例中持有一個shared_ptr<B>，Class B的一個實例中持有shared_ptr<A>。考慮以下代碼：

class CParent

{

public:

shared_ptr< CChild > children;

};

class CChild

{

public:

shared_ptr< CParent > parent;

};

int main()

{

{

shared_ptr< CParent > pA(new CParent);

shared_ptr< CChild > pB(new CChild);

pA-> children =pB;

pB-> parent =pA;

}

//到這里pA和pB都未能被釋放掉

}

要解決環形引用，沒有特別好的辦法。在分析代碼以后，知道了在某個地方可能有環形引用，那么可以使用weak_ptr來替代shared_ptr。

weak_ptr

weak_ptr本身不具有指針的行為，例如你不能對一個weak_ptr來進行*或者->操作。它通常用來和shared_ptr配合使用。

weak_ptr作為一個”shared_ptr的觀察者”能夠獲知shared_ptr的引用計數，還可以獲知一個shared_ptr是否已經被析構了。單沖這一點來說，就一點不weak了。

構造weak_ptr

有兩種方法可以構造一個weak_ptr

1、 從shared_ptr構造而來。這種情況不會增加shared_ptr的引用計數。當然會增加另一個計數，這個放到下一篇中講。

2、 從另一個weak_ptr拷貝。

也就是說weak_ptr不可能脫離shared_ptr而存在。

expired()

返回布爾，當返回true的時候表示，weak_ptr關聯的shared_ptr已經被析構了。

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])

{

shared_ptr<foo> fptr=shared_ptr<foo>(new foo(1,2));

weak_ptr<foo> wptr=fptr;

fptr.reset();

if(wptr.expired())

{

cout<<”wptr has expired”<<endl;

}

system(“pause”);

return 0;

}

lock()

從當前的weak_ptr創建一個新的shared_ptr。如果此時expired()返回true時，創建的shared_ptr中將保存一個null_ptr。

use_count()

返回當前關聯的shared_ptr的引用計數是多少。expired()返回true時，該函數返回0。

weak_ptr使用場景

weak_ptr的特性是：weak_ptr不會增加shared_ptr的引用計數，所以weak_ptr通常用來解決shared_ptr無法解決的問題，例如環形引用。weak_ptr常見的使用場景有這么幾個：

1、 想管理某些資源，但是又不想增加引用計數，那么就可以保存weak_ptr。

2、 當知道了有環形引用后，可以使用weak_ptr。例如上面的例子可以改為這樣：

class CParent

{

public:

shared_ptr< CChild > children;

};

class CChild

{

public:

weak_ptr< CParent > parent;

};

int main()

{

{

shared_ptr< CParent > pA(new CParent);

shared_ptr< CChild > pB(new CChild);

pA-> children =pB;

pB-> parent =pA;

}

}

3、 某些情況下，需要知道某個shared_ptr是否已經釋放了。

總結

1、 在遺留代碼上如果要引入shared_ptr要謹慎！shared_ptr帶來的不確定性可能要比帶來的便利性大的多。

2、 使用shared_ptr并不是意味著能偷懶。反而你更需要了解用shared_ptr管理的對象的生命周期應該是什么樣子的，是不是有環形引用，是不是有線程安全問題，是不是會在某個地方意外的被某個東西hold住了。

3、 一個對象如何使用shared_ptr管理那么最好全部使用shared_ptr來管理，必要的時候可以使用weak_ptr。千萬不要raw ptr和智能指針混用

3、 不要以傳遞指針的形式傳遞shared_ptr。

4、 多線程讀寫同一個shared_ptr的時候，可以先加鎖拷貝一份出來，然后解鎖即可。

參考

1、 1、《Boost程序庫完全開發指南》

2、 當析構函數遇到多線程──C++ 中線程安全的對象回調

http://www.cnblogs.com/Solstice/archive/2010/02/10/dtor_meets_threads.html

3、 為什么多線程讀寫shared_ptr 要加鎖

http://www.cnblogs.com/Solstice/archive/2013/01/28/2879366.html

4、 vc stl


————————以上文章轉自：shared_ptr簡介以及常見問題


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