shared_ptr: 共享所有权

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描述

模版类 shared_ptr 存储动态构造对象的指针，通常是由C++ new语句完成的。这个对象指针在最后一个持有指针所有权的shared_ptr被销毁或者重置(reset)的时候，指针被delete。

例1: 使用 shared_ptr

shared_pt<X> p1( new X );

shared_ptr<void> p2( new int(5) );

shared_ptr 会使用构造时的原始类型从而正确的删除指针，不管模版类型是什么。在例1，p2被销毁或者重置(reset)的时候，会调用delete操作法删除int*类型指针，即使模版类型是void，shared_ptr存储的也是void*类型的指针。

shared_ptr 满足C++标准库拷贝构造、移动构造、拷贝赋值和移动赋值的需求，也可以用在C++标准库容器上。也提供了比较操作，所以shared_ptr也可以用在C++标准库关联容器上。

由于shared_ptr实现上采用了引用计数，循环引用将导致资源不能正确的回收。例如shared_ptr对象A，不管是直接或间接返回对象A，A的引用计数会变成2。析构对象A引用计数变成1，不会去释放资源。使用 weak_ptr 可以避免循环引用。

shared_ptr类的模版参数T，是指向的对象的类型，其大部分成员函数不要求模版参数T。可以是不完整的类型或 void 类型。构造函数和reset需要显示地指出新的参数类型。

当 T* 可以隐式转换成 U* 时，shared_ptr<T>也可以隐式转换成shared_ptr<U>。尤其是shared_ptr<T>隐式转换成shared_ptr<T const>、shared_ptr<U>(类型U是类型T的可访问基类)、shared_ptr<void>。

shared_ptr 在C++11标准上被命名为 std::shared_ptr。

随着boost 1.53版本，shared_ptr 可以存储动态分配的数组，可以使用数组类型(T[]/T[N])作为模版参数。使用不定数量当数组T[]和一定数量的数组T[N]，几乎是没有区别的；后者能够使用operator[]对索引(index)执行范围检查。

例2：使用数组类型的shared_ptr

shared_ptr<double[1024]> p1( new double[1024] );

shared_ptr<double[]> p2( new double[] );

最佳实践

一个简单的消除内存泄漏的可能的指导是总是使用命名的智能指针变量去存储new操作返回的指针对象。每个使用new的代码都应该是下面这种类型：

shared_ptr p(new Y);

当然可以使用另一种智能指针类型代替上面的shared_ptr，T和Y可以是相同的类型，h或传递参数给Y的构造函数也是可以的。

如果你遵守这个规则，很显然你不需要显示delete语句，try/catch结构也会很少。

避免使用不命名的shared_ptr临时变量去保存类型，要了解为什么这是危险的，请考虑这个例子：

例3:使用shared_ptr的异常安全和不安全

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());
}

函数 ok 是正确使用智能指针的方式，而 bad 使用 shared_ptr 临时变量的形式存在内存泄漏的可能。因为函数参数的计算顺序是未知的，可能是先计算 new int(2)，然后 g()，如果函数g抛出异常，就不会构造shared_ptr对象。关于这个问题的更多信息可以点击Herb Sutter’s treatment

上述异常安全的问题也可以使用工厂函数(make_shared/allocate_shared)，这两个函数定义在<boost/smart_ptr/make_shared.hpp>。这两个工厂函数还能保证效率上的提升。

简介

shared_ptr 定义在 <boost/smart_ptr/shared_ptr.hpp>

namespace boost {class bad_weak_ptr: public std::exception;template<class T> class weak_ptr;template<class T> class shared_ptr {public:typedef /*see below*/ element_type;constexpr shared_ptr() noexcept;constexpr shared_ptr(std::nullptr_t) noexcept;template<class Y> explicit shared_ptr(Y * p);template<class Y, class D> shared_ptr(Y * p, D d);template<class Y, class D, class A> shared_ptr(Y * p, D d, A a);template<class D> shared_ptr(std::nullptr_t p, D d);template<class D, class A> shared_ptr(std::nullptr_t p, D d, A a);~shared_ptr() noexcept;shared_ptr(shared_ptr const & r) noexcept;template<class Y> shared_ptr(shared_ptr<Y> const & r) noexcept;shared_ptr(shared_ptr && r) noexcept;template<class Y> shared_ptr(shared_ptr<Y> && r) noexcept;template<class Y> shared_ptr(shared_ptr<Y> const & r, element_type * p) noexcept;template<class Y> shared_ptr(shared_ptr<Y> && r, element_type * p) noexcept;template<class Y> explicit shared_ptr(weak_ptr<Y> const & r);template<class Y> explicit shared_ptr(std::auto_ptr<Y> & r);template<class Y> shared_ptr(std::auto_ptr<Y> && r);template<class Y, class D> shared_ptr(std::unique_ptr<Y, D> && r);shared_ptr & operator=(shared_ptr const & r) noexcept;template<class Y> shared_ptr & operator=(shared_ptr<Y> const & r) noexcept;shared_ptr & operator=(shared_ptr const && r) noexcept;template<class Y> shared_ptr & operator=(shared_ptr<Y> const && r) noexcept;template<class Y> shared_ptr & operator=(std::auto_ptr<Y> & r);template<class Y> shared_ptr & operator=(std::auto_ptr<Y> && r);template<class Y, class D> shared_ptr & operator=(std::unique_ptr<Y, D> && r);shared_ptr & operator=(std::nullptr_t) noexcept;void reset() noexcept;template<class Y> void reset(Y * p);template<class Y, class D> void reset(Y * p, D d);template<class Y, class D, class A> void reset(Y * p, D d, A a);template<class Y> void reset(shared_ptr<Y> const & r, element_type * p) noexcept;template<class Y> void reset(shared_ptr<Y> && r, element_type * p) noexcept;T & operator*() const noexcept; // only valid when T is not an array typeT * operator->() const noexcept; // only valid when T is not an array type// only valid when T is an array typeelement_type & operator[](std::ptrdiff_t i) const noexcept;element_type * get() const noexcept;bool unique() const noexcept;long use_count() const noexcept;explicit operator bool() const noexcept;void swap(shared_ptr & b) noexcept;template<class Y> bool owner_before(shared_ptr<Y> const & rhs) const noexcept;template<class Y> bool owner_before(weak_ptr<Y> const & rhs) const noexcept;};template<class T, class U>bool operator==(shared_ptr<T> const & a, shared_ptr<U> const & b) noexcept;template<class T, class U>bool operator!=(shared_ptr<T> const & a, shared_ptr<U> const & b) noexcept;template<class T, class U>bool operator<(shared_ptr<T> const & a, shared_ptr<U> const & b) noexcept;template<class T> bool operator==(shared_ptr<T> const & p, std::nullptr_t) noexcept;template<class T> bool operator==(std::nullptr_t, shared_ptr<T> const & p) noexcept;template<class T> bool operator!=(shared_ptr<T> const & p, std::nullptr_t) noexcept;template<class T> bool operator!=(std::nullptr_t, shared_ptr<T> const & p) noexcept;template<class T> void swap(shared_ptr<T> & a, shared_ptr<T> & b) noexcept;template<class T>typename shared_ptr<T>::element_type *get_pointer(shared_ptr<T> const & p) noexcept;template<class T, class U>shared_ptr<T> static_pointer_cast(shared_ptr<U> const & r) noexcept;template<class T, class U>shared_ptr<T> const_pointer_cast(shared_ptr<U> const & r) noexcept;template<class T, class U>shared_ptr<T> dynamic_pointer_cast(shared_ptr<U> const & r) noexcept;template<class T, class U>shared_ptr<T> reinterpret_pointer_cast(shared_ptr<U> const & r) noexcept;template<class E, class T, class Y>std::basic_ostream<E, T> &operator<< (std::basic_ostream<E, T> & os, shared_ptr<Y> const & p);template<class D, class T> D * get_deleter(shared_ptr<T> const & p) noexcept;template<class T> bool atomic_is_lock_free( shared_ptr<T> const * p ) noexcept;template<class T> shared_ptr<T> atomic_load( shared_ptr<T> const * p ) noexcept;template<class T>shared_ptr<T> atomic_load_explicit( shared_ptr<T> const * p, int ) noexcept;template<class T>void atomic_store( shared_ptr<T> * p, shared_ptr<T> r ) noexcept;template<class T>void atomic_store_explicit( shared_ptr<T> * p, shared_ptr<T> r, int ) noexcept;template<class T>shared_ptr<T> atomic_exchange( shared_ptr<T> * p, shared_ptr<T> r ) noexcept;template<class T>shared_ptr<T> atomic_exchange_explicit(shared_ptr<T> * p, shared_ptr<T> r, int ) noexcept;template<class T>bool atomic_compare_exchange(shared_ptr<T> * p, shared_ptr<T> * v, shared_ptr<T> w ) noexcept;template<class T>bool atomic_compare_exchange_explicit(shared_ptr<T> * p, shared_ptr<T> * v, shared_ptr<T> w, int, int ) noexcept;
}

成员函数

1. element_type

   typedef ... element_type

当T不是数组类型时，element_type是类型T，当T是数组类型(U[]/U[N])时，element_type是类型U。

1. default constructor

   constexpr shared_ptr() noexcept;

constexpr shared_ptr(std::nullptr_t) noexcept;

构造一个空的shared_ptr，其满足条件

use_count() == 0 && get() == 0

1. pointer constructor

   template<class Y> explicit shared_ptr(Y* p);

类型Y必须是完整类型。当T是数组类型，表达式delete[] p；当T不是数组类型，表达式delete p必须是符合语法规则、符合定义并不会抛出异常的。当类型T是U[N]，Y(*)[N]可以转换成T*；当类型T是U[]，Y(*)[]可以转换成T*；除此之外Y*可以转换成T*。

当类型T不是数组类型，构造一个拥有p所有权的shared_ptr。除此之外构造一个拥有数组p所有权的shared_ptr，默认的删除器是delete[] p。

use_count() == 1 && get() == p。如果类型T不是数组类型并且p可以明确的转换成enabled_shared_from_this<V>，p->shared_from_this()返回*this的副本。

内存不足时抛出std::bad_alloc或实现定义的异常。

异常安全，当T是数组类型，构造函数会调用delete[] p；当T不是数组类型，会调用delete p。

note:

p必须是0或者C++ new出来的指针类型。当p是0时，use_count()也是1，并且delete p也是不会报错的。

这个构造函数会用模板记录实际传入的类型，析构函数会delete原始类型，即便T没有虚析构函数或void类型。

1. constructors taking a deleter

template<class Y, class D> shared_ptr
(Y* p, D d);
template<class Y, class D, class A> shared_ptr(Y* p, D d, A a);
template<class D> shared_ptr(std::nullptr_t p, D d);
template<class D, class A> shared_ptr(std::nullptr_t p, D d, A a);

类型D必须是可拷贝构造的。D的构造和析构不能抛出异常。表达式delete p必须是符合语法规则、符合定义并不会抛出异常的。类型A必须是符合C++标准的内存配置器。当类型T是U[N]，Y(*)[N]可以转换成T*；当类型T是U[]，Y(*)[]可以转换成T*；除此之外Y*可以转换成T*。

构造一个拥有指针p所有权和删除器d的shared_ptr对象。带内存配置器的构造函数使用配置器a分配内存。

use_count() == 1 && get() == p。如果类型T不是数组类型并且p可以明确的转换成enabled_shared_from_this<V>，p->shared_from_this()返回*this的副本。

内存不足时抛出std::bad_alloc或实现定义的异常。

异常抛出时，会调用d(p)。

1. copy and converting constructors

shared_ptr(shared_ptr const &r) noexcept;

template<class Y> shared_ptr(shared_ptr<Y> const &r) noexcept;

Y* 可以隐式转换成 T*。

如果 r 是空shared_ptr，则构造一个空shared_ptr；否则构造一个拥有r所有权的shared_ptr。

get() == r.get() && use_count() == r.use_count()

1. move constructors

shared_ptr(shared_ptr const &&r) noexcept;

template<class Y> shared_ptr(shared_ptr<Y> const &&r) noexcept;

Y* 可以隐式转换成 T*。

移动构造一个shard_ptr.

新构造的shared_ptr接管r管理的内存。如果r是空对象，则r.get() == 0。

1. aliasing constructor

template<class Y> shared_ptr(shared_ptr<Y> const &r, element_type *p) noexcept;

构造一个shared_ptr对象，拥有r的所有权并存储指针p。

get() == p && use_count() == r.use_count()。

1. aliasing move constructor

template<class Y> shared_ptr(shared_ptr<Y> const &&r, element_type *p) noexcept;

移动构造一个shared_ptr对象，拥有r的所有权并存储指针p。

get() == p && use_count() == r.use_count()。如果r是空对象，r.get() == 0。

1. weak_ptr constructor

template<class Y> explicit shared_ptr(weak_ptr<class Y> const& r);

Y* 可以隐式转换成 T*。

构造一个shared_ptr对象，拥有r的所有权并存储r的指针副本。

use_count() == r.use_count()。

当 r.use_count() == 0 时，抛出异常bad_weak_ptr

如果抛出异常，那么构造函数没有起作用。

1. auto_ptr constructor

template<class Y> shared_ptr(auto_ptr<class Y> const& r);

template<class Y> shared_ptr(auto_ptr<class Y> const&& r);

Y* 可以隐式转换成 T*。

构造一个shared_ptr对象，存储r.release()

use_count() == 1。

当内存资源不足时，抛出异常std::bad_alloc或实现定义的异常。

如果抛出异常，那么构造函数没有起作用。

1. unique_ptr constructor

template<class Y, class D> shared_ptr(std::unique_ptr<Y, D> && r);

Y* 可以隐式转换成 T*。

• r.get() == 0，相当于构造shared_ptr()
• 删除器D不是引用类型，相当于构造shared_ptr(r.release(), r.get_deleter())
• 否正相当于构造shared_ptr(r.release(), del)。当del是个删除器时，del(p)会被调用

当内存资源不足时，抛出异常std::bad_alloc或实现定义的异常。

如果抛出异常，那么构造函数没有起作用。

1. destructor

~shared_ptr() noexcept;

-空shared_ptr，或者use_count() > 1，什么也不做

• use_count() == 1，有删除器d调用d(p)，否正调用delete p

1. assignment

shared_ptr& operator=(shared_ptr const& r) noexcept;

template<class Y> shared_ptr& operator=(shared_ptr<Y> const& r) noexcept;

template<class Y> shared_ptr& operator=(std::auto_ptr<Y> const& r);

相当于 shared_ptr(r).swap(*this)

返回*this

shared_ptr& operator=(shared_ptr && r) noexcept;

template<class Y> shared_ptr& operator=(shared_ptr<Y> && r) noexcept;

template<class Y> shared_ptr& operator=(std::auto_ptr<Y> && r);

template<class Y, class D> shared_ptr& operator=(std::unique_ptr<Y, D> && r);

相当于 shared_ptr(std::move(r)).swap(*this)

返回*this

shared_ptr& operator=(std::nullptr_t) noexcept;

相当于 shared_ptr().swap(*this)

返回*this

1. reset

void reset() noexcept;

相当于 shared_ptr().swap(*this)

template<class Y> void reset(Y * p);

相当于 shared_ptr(p).swap(*this)

template<class Y, class D> void reset(Y * p, D d);

相当于 shared_ptr(p, d).swap(*this)

template<class Y, class D, class A> void reset(Y * p, D d, A a);

相当于 shared_ptr(p, d, a).swap(*this)

template<class Y> void reset(shared_ptr<Y> const & r, element_type * p) noexcept;

相当于 shared_ptr(r, p).swap(*this)

template<class Y> void reset(shared_ptr<Y> && r, element_type * p) noexcept;

相当于 shared_ptr(std::move(r), p).swap(*this)

1. indirection

T & operator*() const noexcept;

类型T不是数组类型。get() != 0

返回 *get()

T * operator->() const noexcept;

类型T不是数组类型。get() != 0

返回 get()

element_type & operator const noexcept;

类型T是数组类型。get() != 0。如果T是T[U]，那么i < N

返回 get()[i]

1. get

element_type * get() const noexcept;

返回shared_ptr存储的指针

1. unique

bool unique() const noexcept;

返回 use_count() == 1

1. use_count

long use_count() const noexcept;

如果存储指针为空返回0，否正返回持有该指针地址的shared_ptr数量

1. conversions

explicit operator bool() const noexcept;

返回 get() != 0

1. swap

void swap(shared_ptr & b) noexcept;

交换两个智能指针的保存的指针

1. owner_before

template<class Y> bool owner_before(shared_ptr<Y> const & rhs) const noexcept;

template<class Y> bool owner_before(weak_ptr<Y> const & rhs) const noexcept;

详见 operator< 的解释

友元函数

1. comparison

template<class T, class D> bool operator==(shared_ptr<T> const & a, shared_ptr<U> const & b) noexcept;

返回 a.get() == b.get()

template<class T, class D> bool operator!=(shared_ptr<T> const & a, shared_ptr<U> const & b) noexcept;

返回 a.get() != b.get()

template<class T> bool operator==(shared_ptr<T> const & a, std::nullptr_t) noexcept;

template<class T> bool operator==(std::nullptr_t, shared_ptr<T> const & a) noexcept;

返回 a.get() == 0

template<class T> bool operator!=(shared_ptr<T> const & a, std::nullptr_t) noexcept;

template<class T> bool operator!=(std::nullptr_t, shared_ptr<T> const & a) noexcept;

返回 a.get() != 0

template<class T, class D> bool operator<(shared_ptr<T> const & a, shared_ptr<U> const & b) noexcept;

未明确的排序规则

• 在C++标准中，operator< 是一种严格的弱排序

• 两个shared_ptr对象都为空，或者满足!(a < b) && !(b < a)，那么两个智能指针相等

shared_ptr对象可以作为关联容器的key，其余的比较操作符都是被忽略的。

1. swap

template<class T> void swap(shared_ptr<T> & a, shared_ptr<T> & b) noexcept;

a.swap(b)

1. get_pointer

template<class T> typename shared_ptr<T>::element_type * get_pointer(shared_ptr<T> const & p) noexcept;

p.get()