一、boost 智能指针智能指针是利用RAII（Resource Acquisition Is Initialization：资源获取即初始化）来管理资源。关于RAII的讨论可以参考前面的
文章。在使用boost库之前应该先下载后放在某个路径，并在VS 包含目录中添加。下面是boost 库里面的智能指针：
（一）、scoped_ptr<T>先来看例程： C++ Code
| 1234567891011121314151617181920212223242526272829 | | #include <boost/scoped_ptr.hpp>#include <iostream>using namespace std;class X{public: X() { cout << "X ..." << endl; } ~X() { cout << "~X ..." << endl; }};int main(void){ cout << "Entering main ..." << endl; { boost::scoped_ptr<X> pp(new X); //boost::scoped_ptr<X> p2(pp); //Error:所有权不能转移 } cout << "Exiting main ..." << endl; return 0;} |
来稍微看一下scoped_ptr 的简单定义： C++ Code
| 123456789101112131415161718192021222324252627282930313233 | | namespace boost{ template<typename T> class scoped_ptr : noncopyable { private: T *px; scoped_ptr(scoped_ptr const &); scoped_ptr &operator=(scoped_ptr const &); typedef scoped_ptr<T> this_type; void operator==( scoped_ptr const & ) const; void operator!=( scoped_ptr const & ) const; public: explicit scoped_ptr(T *p = 0); ~scoped_ptr(); explicit scoped_ptr( std::auto_ptr<T> p ): px( p.release() ); void reset(T *p = 0); T &operator*() const; T *operator->() const; T *get() const; void swap(scoped_ptr &b); }; template<typename T> void swap(scoped_ptr<T> &a, scoped_ptr<T> &b);} |
与
auto_ptr类似，内部也有一个T* px; 成员 ，智能指针对象pp 生存期到了，调用析构函数，在析构函数内会delete px; 如下面所说： scoped_ptr mimics a built-in pointer except that it guarantees deletion of the object pointed to, either on destruction of the scoped_ptr or via an explicit reset(). scoped_ptr is a simple solution for simple needs; use shared_ptr or std::auto_ptr if your needs are more complex.从上面的话可以得知当调用reset() 函数时也能够释放堆对象，如何实现的呢？ C++ Code
| 1234567891011 | | void reset(T *p = 0) // never throws{ BOOST_ASSERT( p == 0 || p != px ); // catch self-reset errors this_type(p).swap(*this);}void swap(scoped_ptr &b) // never throws{ T *tmp = b.px; b.px = px; px = tmp;} |
typedef scoped_ptr<T> this_type; 当调用pp.reset()，reset 函数构造一个临时对象，它的成员px=0， 在swap 函数中调换 pp.px 与 (this_type)(p).px， 即现在pp.px = 0; //解绑 临时对象接管了裸指针（即所有权可以交换），reset 函数返回，栈上的临时对象析构，调用析构函数，进而delete px;另外拷贝构造函数和operator= 都声明为私有，故所有权不能转移，且因为容器的push_back 函数需要调用拷贝构造函数，故也不能将scoped_ptr 放进vector，这点与auto_ptr 相同（不能共享所有权）。此外，还可以使用 auto_ptr 对象 构造一个scoped_ptr 对象：scoped_ptr( std::auto_ptr<T> p ): px( p.release() );由于scoped_ptr是通过delete来删除所管理对象的，而数组对象必须通过deletep[]来删除，因此boost::scoped_ptr是不能管理数组对象的，如果要管理数组对象需要使用boost::scoped_array类。boost::scoped_ptr和std::auto_ptr的功能和操作都非常类似，如何在他们之间选取取决于是否需要转移所管理的对象的所有权（如是否需要作为函数的返回值）。如果没有这个需要的话，大可以使用boost::scoped_ptr，让编译器来进行更严格的检查，来发现一些不正确的赋值操作。（二）、shared_ptr<T>An enhancedrelative of scoped_ptr with reference counted copy semantics. The object pointed to is deleted when the last shared_ptrpointing to it is destroyed or reset.先来看例程： C++ Code
| 12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334 | | #include <boost/shared_ptr.hpp>#include <iostream>using namespace std;class X{public: X() { cout << "X ..." << endl; } ~X() { cout << "~X ..." << endl; }};int main(void){ cout << "Entering main ..." << endl; boost::shared_ptr<X> p1(new X); cout << p1.use_count() << endl; boost::shared_ptr<X> p2 = p1; //boost::shared_ptr<X> p3; //p3 = p1; cout << p2.use_count() << endl; p1.reset(); cout << p2.use_count() << endl; p2.reset(); cout << "Exiting main ..." << endl; return 0;} |
图示上述程序的过程也就是：
再深入一点，看源码，shared_ptr的实现 比 scoped_ptr 要复杂许多，涉及到多个类，下面就不贴完整源码，看下面的类图：
执行 boost::shared_ptr<X> p1(new X);这一行之后：
而执行 p1.use_count(); 先是 pn.use_count(); 接着 pi_ != 0? pi_->use_count(): 0; return use_count_; 即返回1.接着执行 boost::shared_ptr<X> p2 = p1;
本想跟踪shared_ptr 的拷贝构造函数，在当行设置断点后F11直接跳过了，说明是shared_ptr类没有实现拷贝构造函数，使用的是编译器默认的拷贝构造函数，那如何跟踪呢？如果你的C++基础比较好，可以想到拷贝构造函数跟构造函数一样，如果有对象成员是需要先构造对象成员的（这一点也可以从调用堆栈上看出），故可以在shared_count类的拷贝构造函数设置断点，然后就可以跟踪进去，如下的代码： C++ Code
| 12345678 | | // shared_countshared_count(shared_count const &r): pi_(r.pi_) // nothrow{ if( pi_ != 0 ) pi_->add_ref_copy();}// sp_counted_basevoid add_ref_copy(){ BOOST_INTERLOCKED_INCREMENT( &use_count_ );} |
故p2.pn.pi_ 也指向 唯一的一个 sp_counted_impl_p对象，且use_count_ 增1.再者，shared_ptr 类的默认拷贝构造函数是浅拷贝，故现在p2.px也指向 X.由于p2 和 p1 共享一个sp_counted_impl_p对象，所以此时无论打印p2.use_count(); 还是 p1.use_count(); 都是2。接着执行p1.reset();
C++ Code
| 123456789 | | // shared_ptrvoid reset() // never throws in 1.30+{ this_type().swap(*this);}void swap(shared_ptr<T> &other) // never throws{ std::swap(px, other.px); pn.swap(other.pn);} |
this_type() 构造一个临时对象，px = 0, pn.pi_ = 0; 然后swap交换p1 与 临时对象的成员，即现在p1.px = 0; p1.pn.p1_ = 0; 如上图。reset 函数返回，临时对象需要析构，但跟踪时却发现直接返回了，原因跟上面的一样，因为shared_ptr 没有实现析构函数，调用的是默认的析构函数，与上面拷贝函数同样的道理，可以在shared_count 类析构函数设置断点，因为pn 是对象成员，故析构函数也会被调用。如下代码： C++ Code
| 12345678910111213 | | //shared_count~shared_count() // nothrow{ if( pi_ != 0 ) pi_->release();}// sp_counted_basevoid release() // nothrow{ if( BOOST_INTERLOCKED_DECREMENT( &use_count_ ) == 0 ) { dispose(); weak_release(); }} |
现在use_count_ 减为1，但还不为0，故 dispose(); 和 weak_release();两个函数没有被调用。当然此时打印 p2.use_count() 就为1 了。最后 p2.reset(); 跟p1.reset(); 同样的流程，只不过现在执行到release 时，use_count_ 减1 为0；需要继续执行dispose(); 和 weak_release(); 如下代码： C++ Code
| 12345678910111213141516171819 | | //sp_counted_impl_pvirtual void dispose() // nothrow{ boost::checked_delete( px_ );}//sp_counted_basevoid weak_release() // nothrow{ if( BOOST_INTERLOCKED_DECREMENT( &weak_count_ ) == 0 ) { destroy(); }}virtual void destroy() // nothrow{ delete this;} |
在check_delete 中会 delete px_; 也就是析构 X。接着因为weak_count_ 减1 为0， 故执行destroy(); 函数里面delete this; 即析构自身（sp_counted_impl_p 对象是在堆上分配的）。说到这里，我们也可以明白，即使最后没有调用p2.reset(); 当p2 栈上对象生存期到， 需要调用shared_ptr 类析构函数，进而调用shared_count 类析构函数，所以执行的结果也是跟reset() 一样的，只不过少了临时对象this_type()的构造。总结一下：和前面介绍的boost::scoped_ptr相比，boost::shared_ptr可以共享对象的所有权，因此其使用范围基本上没有什么限制（还是有一些需要遵循的使用规则，下文中介绍），自然也可以使用在stl的容器中。另外它还是线程安全的，这点在多线程程序中也非常重要。boost::shared_ptr并不是绝对安全，下面几条规则能使我们更加安全的使用boost::shared_ptr：避免对shared_ptr所管理的对象的直接内存管理操作，以免造成该对象的重释放shared_ptr并不能对循环引用的对象内存自动管理（这点是其它各种引用计数管理内存方式的通病）。不要构造一个临时的shared_ptr作为函数的参数。详见 http://www.boost.org/doc/libs/1_52_0/libs/smart_ptr/shared_ptr.htm如下列bad 函数内 的代码则可能导致内存泄漏： C++ Code
| 12345678910111213 | | void f(shared_ptr<int>, int);int g();void ok(){ shared_ptr<int> p(new int(2)); f(p, g());}void bad(){ f(shared_ptr<int>(new int(2)), g());} |
如bad 函数内，假设先构造了堆对象，接着执行g(), 在g 函数内抛出了异常，那么由于裸指针还没有被智能指针接管，就会出现内存泄漏。（三）、weak_ptr<T>如上总结shared_ptr<T> 时说到引用计数是一种便利的内存管理机制，但它有一个很大的缺点，那就是不能管理循环引用的对象。 C++ Code
| 1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647 | | #include <boost/shared_ptr.hpp>#include <iostream>using namespace std;class Parent;class Child;typedef boost::shared_ptr<Parent> parent_ptr;typedef boost::shared_ptr<Child> child_ptr;class Child{public: Child() { cout << "Child ..." << endl; } ~Child() { cout << "~Child ..." << endl; } parent_ptr parent_;};class Parent{public: Parent() { cout << "Parent ..." << endl; } ~Parent() { cout << "~Parent ..." << endl; } child_ptr child_;};int main(void){ parent_ptr parent(new Parent); child_ptr child(new Child); parent->child_ = child; child->parent_ = parent; return 0;} |
如上述程序的例子，运行程序可以发现Child 和 Parent 构造函数各被调用一次，但析构函数都没有被调用。由于Parent和Child对象互相引用，
它们的引用计数最后都是1，不能自动释放，并且此时这两个对象再无法访问到。这就引起了内存泄漏。其中一种解决循环引用问题的办法是 手动打破循环引用，如在return 0; 之前加上一句 parent->child_.reset(); 此时
当栈上智能指针对象child 析构，Child 对象引用计数为0，析构Chlid 对象，它的成员parent_ 被析构，则Parent 对象引用计数减为1，故当栈上智能指针对象parent 析构时，Parent 对象引用计数为0，被析构。但手动释放不仅麻烦而且容易出错，这里主要介绍一下弱引用智能指针 weak_ptr<T> 的用法，下面是简单的定义： C++ Code
| 12345678910111213141516171819202122232425 | | namespace boost{ template<typename T> class weak_ptr { public: template <typename Y> weak_ptr(const shared_ptr<Y> &r); weak_ptr(const weak_ptr &r); template<class Y> weak_ptr &operator=( weak_ptr<Y> && r ); template<class Y> weak_ptr &operator=(shared_ptr<Y> const &r); ~weak_ptr(); bool expired() const; shared_ptr<T> lock() const; };} |
上面出现了 && 的用法，在这里并不是逻辑与的意思，而是C++ 11中的新语法，如下解释：
&&
isnew in C++11, and it signifies that the function accepts an
RValue-Reference --that is, a reference to an argument that is about to be destroyed. 两个常用的功能函数：expired()用于检测所管理的对象是否已经释放；lock()用于获取所管理的对象的强引用智能指针。
强引用与弱引用：强引用，只要有一个引用存在，对象就不能释放弱引用，并不增加对象的引用计数（实际上是不增加use_count_， 会增加weak_count_）；但它能知道对象是否存在通过weak_ptr访问对象的成员的时候，要提升为shared_ptr如果存在，提升为shared_ptr(强引用）成功如果不存在，提升失败对于上述的例子，只需要将Parent 类里面的成员定义改为如下，即可解决循环引用问题： C++ Code
| 12345 | | class Parent{public: boost::weak_ptr<parent> child_;}; |
因为此例子涉及到循环引用，而且是类成员引用着另一个类，涉及到两种智能指针，跟踪起来难度很大，我也没什么心情像分析shared_ptr 一样画多个图来解释流程，这个例子需要解释的代码远远比shared_ptr多，这里只是解释怎样使用，有兴趣的朋友自己去分析一下。下面再举个例子说明lock() 和 expired() 函数的用法： C++ Code
| 12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455 | | #include <boost/shared_ptr.hpp>#include <boost/weak_ptr.hpp>#include <boost/scoped_array.hpp>#include <boost/scoped_ptr.hpp>#include <iostream>using namespace std;class X{public: X() { cout << "X ..." << endl; } ~X() { cout << "~X ..." << endl; } void Fun() { cout << "Fun ..." << endl; }};int main(void){ boost::weak_ptr<X> p; boost::shared_ptr<X> p3; { boost::shared_ptr<X> p2(new X); cout << p2.use_count() << endl; p = p2; cout << p2.use_count() << endl; /*boost::shared_ptr<X> */ p3 = p.lock(); cout << p3.use_count() << endl; if (!p3) cout << "object is destroyed" << endl; else p3->Fun(); } /*boost::shared_ptr<X> p4 = p.lock(); if (!p4) cout<<"object is destroyed"<<endl; else p4->Fun();*/ if (p.expired()) cout << "object is destroyed" << endl; else cout << "object is alived" << endl; return 0;} |
从输出可以看出，当p = p2; 时并未增加use_count_，所以p2.use_count()还是返回1，而从p 提升为 p3，增加了use_count_， p3.use_count() 返回2；出了大括号，p2被析构，use_count_ 减为1，程序末尾结束，p3 被析构，use_count_ 减为0，X 就被析构了。参考 ：C++ primer 第四版Effective C++ 3rdC++编程规范
http://www.cnblogs.com/TianFang/
