Effective C++之std::tr1::shared_ptr的使用

Effective C++之std::tr1::shared_ptr的使用

shared_ptr采用引用计数，多个指针可以指向同一个对象；auto_ptr就不能，只能运行一个指针指向一个对象：如果要指针赋值，那么原来的指针要放弃对该对象的所有权。

shared_ptr在最新的c++11中，已经被列入了标准指针，而auto_ptr则出局了。shared_ptr采用RAII技术，是防止内存泄露的神器。

看下面的程序，new了一个对象，并没有在程序中使用delete，但是，运行程序，其构造函数仍然运行！这就是shared_ptr，如果要预防内存泄露，它就是最佳选择！

# include <iostream>
# include <tr1/memory>
using namespace std;
class A {
public:
A() {
cout << "construct A!!!" << endl;
}
;
~A() {
cout << "destruct A!!!" << endl;
}
;
};
class B: public A {
public:
B() {
cout << "construct B!!!" << endl;
}
;
~B() {
cout << "destruct B!!!" << endl;
}
;
};
int main() {
//    B* ptrB0 = new B();
std::tr1::shared_ptr<B> ptrB1(new B);
}

运行结果：

construct A!!!

construct B!!!

destruct B!!!

destruct A!!!

在 c++ 98 里面只有一种智能指针，就是 std::auto_ptr，因为具有唯一所有权的特征，所以限制了它的使用范围，比如你无法在容器中使用它。而我们知道 stl 容器是值语义的，如果不能用智能指针管理的话，只有两种办法来使用。
一种是类似这样：

std::vector<std::string> names;

names.push_back("cyberscorpio");

std::string name("news818");

names.push_back(name);

每次向容器中添加内容的时候，实际上产生了该内容的另一份拷贝，对于简单的内容（或对象）来说，问题不大，但如果是很复杂的内容，很大的对象，调用拷贝构造函数的成本会比较高，同时亦不利于统一维护。

另一种做法就是在容器中存指针，这样当然就避免了上面的问题，但是，这需要你在容器对象销毁的时候，显式的释放容器中的每一个元素。略有些不方便，但还可以接受。

更大的问题在于，当程序比较复杂的时候，对象的生命周期管理对程序员来说，会是一个比较头疼的事情，比如你有一个指针（对象），在程序的很多地方都用到它，如果你在某个地方释放了它而没有通知它的其他使用者的话，就会造成非法的内存访问，从而程序崩溃。

shared_ptr 通过指针的引用计数，很好的解决了这个问题，和 COM 组件生存期管理机制类似，只有当引用计数为 0 的时候，才会释放这个对象。而 shared_ptr 不需要程序员手工调用 AddRef 和 Release 函数，进一步减小了出错的可能性。

但是，引用计数有一个麻烦，它不能解决所谓循环引用的问题，举个例子，有对象 A 和 B，A 和 B 中，各有一个智能指针指向对方。

#include <stdio.h>

#include <memory>

class A;

class B;

typedef std::tr1::shared_ptr<a> APtr;

typedef std::tr1::shared_ptr<b> BPtr; 

class A {

public:

  B  Ptrb;

  ~A () {

    printf ("A released/n");

  }

};

class B {

public:

  A  Ptra;

  ~B () {

    printf ("B released/n");

  }

};

int main () {

  A  Ptra(new A());

  B  Ptrb(new B());

  a->b = b; // 1

  b->a = a; // 2

  return 0;

}

我们编译运行这段程序，会发现 A 和 B 的析构函数都没有被调用，因为在只能指针 a 的生命周期结束的时候，它手中对 A 对象的引用计数还剩下 1 （即 b 手中的引用），所以对象 A 不会被释放。而指针 b 生命结束的时候哦，它手中 B 对象的引用也还有 1，导致没有对象被释放。

上面的例子里面，注释为 1 和 2 的两句，任意去掉一句，就打破了这个循环的引用，从而 A 和 B 都能正确的释放。那么，假如我真的需要 A 和 B 之间互相引用，难道就没有别的办法了吗？办法是有的，就是使用 std::tr1::weak_ptr。weak_ptr，顾名思义，是一个 “弱” 一点的智能指针，它不会增加引用计数，当你需要使用这个对象的时候，可以从 weak_ptr 临时生出一个 shared_ptr 来 （通过 lock 函数），这个临时的 shared_ptr 生命结束以后，就会把引用计数减小
1，这样就不会出现互相死锁的情况了。

#include <stdio.h>

#include <memory> 

class A; 

class B; 

typedef std::tr1::shared_ptr<A> APtr; 

typedef std::tr1::shared_ptr<B> BPtr; 

typedef std::tr1::weak_ptr<A> AWeakPtr; 

typedef std::tr1::weak_ptr<B> BWeakPtr; 

class A { 

public: 

  B  WeakPtrb; // 注意这里 

  ~A () { 

    printf ("A released/n"); 

  } 

};

class B { 

public: 

  A   WeakPtra; // 注意这里 

  ~B () { 

    printf ("B released/n"); 

  }

  void output () { 

    printf ("I'm B/n"); 

  } 

};

int main () { 

  A  Ptra(new A()); 

  B  Ptrb(new B());

  a->b = b; 

  b->a = a;

  B  Ptrb2(a->b.lock()); 

  b2->output();

  return 0; 

} 

编译运行，我们会欣喜的看到，A 和 B 都正确的被释放了。

I'm B

B released

A released

所以，在使用 shared_ptr 第一个要注意的，就是在可能会引起循环引用的地方，使用 weak_ptr。

还有一个问题也很常见，当使用了 shared_ptr 的时候，我们可能需要在所有的地方都使用它，否则就不容易达到管理生存期的目的了。但有的时候，我们手头上只有对象的原始指针，比如在对象的函数内部，我们只有 this。这就迫切的需要一个功能：如何从对象的裸指针中，生成我们需要的 shared_ptr。

有人可能会觉得这个简单，shared_ptr<T> a(this); 不就行了么？很遗憾的告诉你，这样不行，会出问题。为什么呢？因为这里的 a，手中对 this 的引用计数只有 1，它无法知道其他地方智能指针对 this 这个指针（就是这个对象）的引用情况，因此当 a 的生命周期结束（比如函数返回）的时候，this 就会被它毫不留情的释放掉，其他地方的相关智能指针，手中拿着的该对象指针已经变成非法。

那么怎样解决呢？也很简单，使用 std::tr1::enable_shared_from_this 作为基类。比如：

class A : public std::tr1::enable_shared_from_this<A> 

{ 

public: 

  std::tr1::shared_ptr<A> getSharedPtr() { 

    return shared_from_this(); 

  } 

}; 

这样就可以从 this 中生出具有统一引用计数的 shared_ptr 了。只有一个问题是需要注意的，就是 getSharedPtr 函数，或者说 shared_from_this 不能在对象 A 的构造函数中调用。因为 enable_shared_from_this 这个基类的内部，是通过一个对自己的 weak_ptr 的引用来返回 this 的 shared_ptr 的，而在对象的构造函数中，第一个 shared_ptr 尚未获得对象的指针，所以 weak_ptr 是空的，直接导致 shared_from_this()
返回失败。除此以外，shared_from_this 可以随便使用。

另外shared_ptr解决了多个auto_ptr同时指向同一对象销毁时对象被删除一次以上的问题。tr1::shared_ptr是“引用技术型智慧指针”，持续追踪共有多少对象指向某笔资源，并在无人指向它时自动删除资源。

请看下面实例：

#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;

class A {
public:
A() {
cout << "construct A!!!" << endl;
}
;
~A() {
cout << "destruct A!!!" << endl;
}
;
A* CreateA();
};
A* CreateA()
{
A * ptrA = new A;
return ptrA;
}
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
std::tr1::shared_ptr<A> ptrA1(new A);
std::tr1::shared_ptr<A> ptrA2(ptrA1);

cout<<"按任意键继续……";
cin.clear();
cin.sync();
cin.get();
return 0;
}

ptrA1和ptrA2其实指向的是同一个对象。所以会输出以下结果：