C++11智能指針shared_ptr怎么使用

C++11智能指針shared_ptr怎么使用

在C++11標準中，引入了智能指針的概念，以幫助開發者更好地管理動態內存，避免內存泄漏和懸空指針等問題。shared_ptr 是其中一種常用的智能指針，它通過引用計數機制來管理對象的生命周期。本文將詳細介紹 shared_ptr 的使用方法。

1. shared_ptr 的基本概念

shared_ptr 是一種共享所有權的智能指針，多個 shared_ptr 可以指向同一個對象，并且只有當最后一個指向該對象的 shared_ptr 被銷毀或重置時，對象才會被自動刪除。這種機制通過引用計數來實現，每個 shared_ptr 都會維護一個引用計數，當引用計數變為0時，對象就會被釋放。

2. shared_ptr 的創建

2.1 使用 make_shared 創建

make_shared 是創建 shared_ptr 的推薦方式，它可以在一次內存分配中同時創建對象和引用計數，從而提高效率。

#include <memory>
#include <iostream>

class MyClass {
public:
    MyClass() { std::cout << "MyClass constructed\n"; }
    ~MyClass() { std::cout << "MyClass destroyed\n"; }
};

int main() {
    std::shared_ptr<MyClass> ptr = std::make_shared<MyClass>();
    return 0;
}

在上面的代碼中，make_shared<MyClass>() 創建了一個 MyClass 對象，并返回一個 shared_ptr 指向該對象。當 ptr 離開作用域時，MyClass 對象會被自動銷毀。

2.2 使用構造函數創建

你也可以通過 shared_ptr 的構造函數來創建智能指針，但這種方式不如 make_shared 高效，因為它需要兩次內存分配（一次用于對象，一次用于引用計數）。

std::shared_ptr<MyClass> ptr(new MyClass());

2.3 使用 reset 方法

reset 方法可以用于重新分配 shared_ptr 所指向的對象，或者將其置為空。

std::shared_ptr<MyClass> ptr;
ptr.reset(new MyClass());

3. shared_ptr 的拷貝與賦值

shared_ptr 支持拷貝和賦值操作，每次拷貝或賦值都會增加引用計數。

std::shared_ptr<MyClass> ptr1 = std::make_shared<MyClass>();
std::shared_ptr<MyClass> ptr2 = ptr1;  // 引用計數增加

在上面的代碼中，ptr1 和 ptr2 都指向同一個 MyClass 對象，引用計數為2。當 ptr1 和 ptr2 都離開作用域時，引用計數變為0，對象被銷毀。

4. shared_ptr 的引用計數

你可以通過 use_count 方法來獲取當前 shared_ptr 的引用計數。

std::shared_ptr<MyClass> ptr1 = std::make_shared<MyClass>();
std::cout << "use_count: " << ptr1.use_count() << std::endl;  // 輸出 1

std::shared_ptr<MyClass> ptr2 = ptr1;
std::cout << "use_count: " << ptr1.use_count() << std::endl;  // 輸出 2

5. shared_ptr 的自定義刪除器

shared_ptr 允許你指定一個自定義的刪除器，用于在對象被銷毀時執行特定的清理操作。

void customDeleter(MyClass* ptr) {
    std::cout << "Custom deleter called\n";
    delete ptr;
}

int main() {
    std::shared_ptr<MyClass> ptr(new MyClass(), customDeleter);
    return 0;
}

在上面的代碼中，當 ptr 離開作用域時，customDeleter 會被調用，執行自定義的清理操作。

6. shared_ptr 的注意事項

6.1 避免循環引用

shared_ptr 的一個常見問題是循環引用，即兩個或多個 shared_ptr 互相引用，導致引用計數永遠不為0，從而造成內存泄漏。為了避免這種情況，可以使用 weak_ptr 來打破循環引用。

class B;  // 前向聲明

class A {
public:
    std::shared_ptr<B> b_ptr;
    ~A() { std::cout << "A destroyed\n"; }
};

class B {
public:
    std::weak_ptr<A> a_ptr;  // 使用 weak_ptr 避免循環引用
    ~B() { std::cout << "B destroyed\n"; }
};

int main() {
    std::shared_ptr<A> a = std::make_shared<A>();
    std::shared_ptr<B> b = std::make_shared<B>();
    a->b_ptr = b;
    b->a_ptr = a;
    return 0;
}

6.2 避免裸指針與 shared_ptr 混用

在使用 shared_ptr 時，應盡量避免將裸指針與 shared_ptr 混用，因為這可能導致懸空指針或重復刪除的問題。

MyClass* rawPtr = new MyClass();
std::shared_ptr<MyClass> ptr1(rawPtr);
std::shared_ptr<MyClass> ptr2(rawPtr);  // 錯誤！會導致重復刪除

6.3 避免使用 get() 方法獲取裸指針

get() 方法返回 shared_ptr 所管理的裸指針，但使用這個裸指針時要非常小心，因為它不會增加引用計數，可能導致懸空指針。

std::shared_ptr<MyClass> ptr = std::make_shared<MyClass>();
MyClass* rawPtr = ptr.get();
// 不要對 rawPtr 進行 delete 操作

7. 總結

shared_ptr 是 C++11 中非常強大的工具，它通過引用計數機制自動管理對象的生命周期，極大地簡化了內存管理。然而，使用 shared_ptr 時也需要注意避免循環引用和裸指針混用等問題。通過合理使用 shared_ptr，你可以編寫出更安全、更高效的 C++ 代碼。