什么是智能指针,什么时候应该使用?

什么是智能指针,什么时候应该使用?

回答(14)

3 years ago

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> 是一个指向 T 的指针,它使用引用计数来确定何时不再需要该对象 .

  • 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 shared_ptr 更好的性能,但需要 T 类型来提供自己的引用计数机制 .

  • weak_ptr<T> 是一个弱指针,与 shared_ptr 一起使用以避免循环引用 .

  • shared_array<T>shared_ptr 类似,但适用于 T 的数组 .

  • scoped_array<T>scoped_ptr 类似,但适用于 T 的数组 .

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 .

另外,C标准库提供了三个智能指针; std::unique_ptr 表示唯一所有权, std::shared_ptr 表示共享所有权, std::weak_ptr . std::auto_ptr 存在于C 03中,但现已弃用 .

3 years ago

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 .

Example:

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:
               //...
};

该类实现了一个指向X类型对象的智能指针 . 该对象本身位于堆上 . 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);

3 years ago

对于现代C的这些日子,这是一个简单的答案:

  • What is a smart pointer?
    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(参见the more detailed definition on Wikipedia) .

  • When should I use one?
    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 .

  • But which smart pointer should I use in which of those cases?

  • 如果不打算对同一对象保持多个引用,请使用std::unique_ptr . 例如,将它用作指向内存的指针,该指针在进入某个范围时被分配,并在退出范围时被解除分配 .

  • 当你想从多个地方引用你的对象时使用std::shared_ptr - 并且在所有这些引用本身都消失之前不希望它被解除分配 .

  • 当你想要从多个地方引用你的对象时使用std::weak_ptr - 对于那些它只是注意当你试图取消引用时对象消失的引用) .

  • 不要使用 boost:: 智能指针或 std::auto_ptr ,除非您必须阅读特殊情况 .

  • Hey, I didn't ask which one to use!
    啊,但你真的想,承认它 .

  • So when should I use regular pointers then?
    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的函数中,并且不分配,解除分配或存储比其执行更长的指针的副本 .

3 years ago

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,例如因为它超出范围,指向对象也被破坏了 .

3 years ago

Chris,Sergdev和Llyod提供的定义是正确的 . 我更喜欢更简单的定义,只是为了让我的生活变得简单:智能指针只是一个重载 ->* 运算符的类 . 这意味着你的对象在语义上看起来像一个指针,但是你可以让它做更酷的事情,包括引用计数,自动销毁等 . 在大多数情况下, shared_ptrauto_ptr 就足够了,但是伴随着它们自己的一组小特性 .

3 years ago

Smart pointer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

Smart Pointers - What, Why, Which?页提供了小型介绍 .

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,它实现了引用计数,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 .

主题在第32章,第20章,智能指针中有详细介绍 . 涉及的一些主题:

3 years ago

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 ),不太常见的是 std::auto_ptr . 我建议经常使用 shared_ptr .

shared_ptr 非常通用,可以处理各种各样的处理场景,包括对象需要"passed across DLL boundaries"的情况(如果在代码和DLL之间使用不同的 libc ,常见的噩梦案例) .

3 years ago

让T成为本教程中的一个类C中的指针可以分为3种类型:

1) Raw pointers

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

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-- ;等会起作用 . 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 将工作,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; 无效

3) Smart Pointers :{ #include <memory> }

Shared Pointer

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 .

Weak Pointer : 帮助处理使用共享指针时出现的循环引用如果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,并且该对象不会被删除当共享指针超出范围时 . 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

见:When is std::weak_ptr useful?

Unique Pointer : 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 .

见:What are the differences between a pointer variable and a reference variable in C++?

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 .

3 years ago

现有答案很好,但不包括当智能指针不是您要解决的问题的(完整)答案时要做什么 .

除其他事项(在其他答案中解释得很好)使用智能指针是How do we use a abstract class as a function return type?的可能解决方案,已被标记为此问题的副本 . 但是,问第一个问题是否有诱惑指定一个抽象(或实际上,任何)基类作为C中的返回类型是"what do you really mean?" . 在boost pointer container library的文档中,对C中的惯用面向对象编程(以及它与其他语言的不同之处)进行了很好的讨论(进一步参考) . 总之,在C中你必须考虑所有权 . 哪些智能指针可以帮助您,但不是唯一的解决方案,或者总是一个完整的解决方案(它们不会给您多态复制)并且并不总是您希望在界面中公开的解决方案(并且函数返回听起来很糟糕)很像一个界面) . 例如,返回引用可能就足够了 . 但在所有这些情况下(智能指针,指针容器或只是返回引用),您已将值的返回值更改为某种形式的引用 . 如果你真的需要复制,你可能需要使用像Adobe PolyBoost.TypeErasure这样的库来添加更多样板文件"idiom"或超越c中的惯用(或其他)OOP到更通用的多态性 .

3 years ago

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(首先要考虑你是否真的这样做),你通常会想要使用智能指针,因为这可以缓解原始指针的许多问题,主要是忘记删除对象和泄漏内存 .

使用原始指针,程序员必须在不再有用时显式销毁该对象 .

// 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boost::scoped_ptrstd::unique_ptr实现 .

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,无法复制 scoped_ptr 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代码块相关联时,或者如果您将其作为成员数据嵌入另一个对象(另一个对象的生命周期)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 . 当对象的最后一个"reference"被销毁时,该对象将被删除 . 此策略由boost::shared_ptrstd::shared_ptr实现 .

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 weak_ptr 来定义对 shared_ptr 的弱(不计数)引用 .


UPDATE

这个答案相当陈旧,因此描述了当时的'good',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,因此您应该支持使用std::unique_ptrstd::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"special"危险的复制能力 - 这也意外地转移了所有权! It is deprecated in the newest standards, so you shouldn't use it. Use the std::unique_ptr instead.

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.

3 years ago

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) .

您可能不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,但是您希望它在您引用它的函数中存活 .

  • ...智能指针isn 't itself going to be destroyed at some point. You don' t希望它位于永不被破坏的内存中(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 . (但是,有更聪明的指针可以处理......那就叫做reference counting . )

也可以看看:

3 years ago

我想再补充一点上面的问题,智能指针std :: shared_ptr没有下标运算符而且不支持ponter算法,我们可以使用get()来获取内置指针 .

3 years ago

智能指针是一个类,是普通指针的包装器 . 与普通指针不同,智能点的生命周期基于引用计数(智能指针对象分配的时间) . 因此,只要将智能指针分配给另一个,内部引用计数加上加号 . 每当对象超出范围时,引用计数减去负数 .

自动指针虽然看起来很相似,但与智能指针完全不同 . 每当自动指针对象超出变量范围时,它就是一个方便的类来释放资源 . 在某种程度上,它使指针(动态分配的内存)的工作方式类似于堆栈变量(在编译时静态分配) .

3 years ago

智能指针是您不必担心内存分配,资源共享和传输的地方 .

您可以使用与Java中任何分配相似的方式使用这些指针 . 在Java中,垃圾收集器可以解决问题,而在Smart Pointers中,诀窍是由Destructors完成的 .