读书笔记：C++中利用智能指针和值型类防止内存非法访问

读书笔记：C++中利用智能指针和值型类防止内存非法访问
2013-03-10 18:18 by DVwei, 138 阅读, 0 评论, 收藏, 编辑

在程序当中，经常会用到一些共享对象。一个具有指针成员的类，如果发生复制行为，一个指针复制到另一个指针时，两个指针就指向同一个对象。此时就可以使用任一指针改变这个共享的对象。那么，如果一个指针删除了这个共享对象，那么另一指针就成了悬垂指针，如果再对此对象进行操作时，就会发生内存访问错误。而C++中无法判断一个指针所指向的内存是否有效，这是非常危险的。

看下面一个例子：
复制代码

class MyClass
{
public:
MyClass(int *p,int i): ptr(p),value(i) { }
~MyClass() { delete ptr; }
int get_share_value() { return *ptr; }
int get_value() { return value; }
void set_share_value(int i) { *ptr = i; }
void set_value(int i) { value = i; }
private:
int *ptr;
int value;
};

int main()
{int *p = new int(10);
MyClass test(p,20);
MyClass test2(test);
test.get_share_value();//return 10
test2.get_share_value();//return 10

test2.set_share_value(110);
test.get_share_value();//return 110

test.set_share_value(120);
test2.get_share_value();//return 120

return 0;
}

复制代码

可以看到，使用任一指针都能改变共享的对象。而且运行这段代码就能发现程序结束的时候发生错误。这是因为，程序结束时，编译器会调用test和test2的析构函数，这样就发生了两次delete ptr，第一次delete释放掉val，第二次delete时，指针所指向的内存已经无效，所以就会发生内存访问错误。

为了避免出现重复delete同一对象的情况，可以定义智能指针来管理共享的对象。所谓智能指针，其实是引入一个使用计数，并建立一个计数类，用来记录目前指向同一对象的指针数目，确保只剩下最后一个指向对象时才删除对象。

代码如下：
复制代码

#include <iostream>

using namespace std;

class MyClass;

class Use_Ptr
{
friend class MyClass;
int *ptr;
size_t use;
Use_Ptr(int *p): ptr(p), use(1) { }
~Use_Ptr() { delete ptr; }
};

class MyClass
{
public:
MyClass(int *p,int i): ptr(new Use_Ptr(p)), value(i) { }

//发生复制行为时，记录使用次数
MyClass(const MyClass &mc): ptr(mc.ptr), value(mc.value) { ++ptr->use; }
~MyClass() { if(--ptr->use == 0) delete ptr; }//撤销对象前检查使用计数是否为零，若为零，撤销对象

MyClass& operator=(const MyClass&);
int get_share_value() { return *ptr->ptr; }
int get_value() { return value; }
void set_share_value(int i) { *ptr->ptr = i; }
void set_value(int i) { value = i; }
private:
Use_Ptr *ptr;
int value;
};

MyClass& MyClass::operator=(const MyClass &mc)
{
++mc.ptr->use;//使用use之前先将sm.ptr->use加一，防止对自身赋值
if(--ptr->use == 0)
delete ptr;
ptr = mc.ptr;

return *this;
}

int main()
{
int *p = new int(10);

MyClass test(p,20);
MyClass copy(test);
return 0;
}

复制代码

这样就确保了共享的对象在没有指针指向它的时候才被delete掉，也就不会发生内存的非法访问了。

另一种方法是把类设计成和值类型具有相同的复制行为，即复制类对象的同时复制指针指向的值，而不是只复制指针的值。于是可以把上述MyClass这样定义：
复制代码

class MyClass
{
public:
MyClass(int &p,int i): ptr(new int(p)), value(i) { }
MyClass(const MyClass &mc): ptr(new int(*mc.ptr)), value(mc.value) { }//把值也复制
~MyClass() { delete ptr; }//这里可以直接释放

MyClass& operator=(const MyClass&);
int get_share_value() { return *ptr; }
int get_value() { return value; }
void set_share_value(int i) { *ptr = i; }
void set_value(int i) { value = i; }

private:
int *ptr;
int value;
};

MyClass& MyClass::operator=(const MyClass &mc)
{
*ptr = *mc.ptr;
value = mc.value;

return *this;
}

复制代码

这样每个指针都指向一个值相同但相互独立的对象，delete后也不会影响到其他的对象。

这种方法也叫深度复制，在C#中可以通过实现clone接口来完成。