shared_ptr是一个最像指针的"智能指针"。
shared_ptr与scoped_ptr一样包装了new操作符在堆上分配的动态对象,但它实现的是引用计数型的智能指针,可以被自由的拷贝和赋值,在任意的地方共享它,当没有代码使用(引用计数为0)它时才能删除被包装的动态分配的对象。shared_ptr也可以安全地放到标准容器中,并弥补了auto_ptr因为转移语义而不能把指针做为STL容器元素的缺陷。
操作函数:
与scoped_ptr相同特征:
shared_ptr与scoped_ptr同样是用于管理new动态分配对象的智能指针,因此功能上有很多相似之处,它们都重载了*和->操作符以模仿原始指针的行为,提供隐式bool类型转换以判断指针的有效性,get()可以得到原始指针,并且没有提供指针算术操作。
与scoped_ptr不同特征:
shared_ptr可以被安全共享的,它是一个全功能的类,有着正常的拷贝,赋值语义,也可以进行shared_ptr间的比较,是“最智能”的智能指针。
shared_ptr有多种形式的构造函数,应用于各种可能的情形:
【1】无参数的shared_ptr()创建一个持有空指针的shared_ptr;
【2】shared_ptr(Y *p)获得指向类型T的指针p的管理权,同时引用计数置为1,这个构造函数要求T类型必须能够转换为T类型。
【3】shared_ptr(shared_ptr const & r)从另外一个shared_ptr获得指针的管理权,同时引用计数加1,结果是两个shared_ptr共享一个指针的管理权。
【4】shared_ptr(std::auto_ptr<Y> & r)从一个auto_ptr获得指针的管理权,引用计数置为1,同时auto_ptr自动失去管理权。
【5】operator= 赋值操作符可以从另外一个shared_ptr或auto_ptr获得指针的管理权,其行为同构造函数;
【6】shared_ptr(Y *p,D d)行为类似shared_ptr(Y *p),但使用参数d指定了析构时的定制删除器,而不是简单的delete。
shared_ptr的reset()函数的行为与scoped_ptr也不尽相同,它的作用是将引用计数减1,停止对指针的共享,除非引用计数为0,否则不会发送删除操作,带参数的reset()则类似相同形式的构造函数,原指针引用计数减1的同时改为管理另一个指针。
shared_ptr有两个专门的函数来检查引用计数,unique()在shared_ptr是指针的唯一所有者时返回true(这时shared_ptr的行为类似auto_ptr或者scoped_ptr),use_count()返回当前指针的引用计数,要小心,use_count()应该仅仅用于测试或者调试,它不提供高效率的操作,而且有的时候可能是不可用的(少数情形)。而unique()则是可靠的,任何时候都可用,而且比use_count()==1速度更快。
shared_ptr还支持比较运算,可用测试两个shared_ptr的相等或不相等,比较基于内部保存的指针,相当于a.get() == b.get().shared_ptr还可以使用operator<比较大小,同样基于内部保存的指针,但不提供除operator<以外的比较操作符,这使得shared_ptr可以被用于标准关联容器(set和map);
在编写基于虚函数的多态代码时指针的类型转换很有用,比如把一个基类指针转型为一个子类指针或者反过来,但对于shared_ptr不能使用诸如static_cast<T*>(p.get())的形式,这将导致转型后的指针无法再被shared_ptr正确管理,为了支持这样的用法,shared_ptr提供了类似的转型函数static_pointer_cast<T>(),const_pointer_cast<T>()和dynamic_pointer_cast<T>(),它们与标准的转型操作符static_cast<T>,const_cast<T>和dynamic_cast<T>类似,但返回的是转型后的shared_ptr.
shared_ptr还支持流输出操作符operator<<,输出内部的指针的值,方便调试。
用法:
shared_ptr也提供基本的线程安全保证,一个shared_ptr可以被多个线程安全读取,但其他的访问形式结果是未定义的。
shared_ptr已被C++11收纳,包含在头文件<memory>中:
#include <memory> #include <iostream> using namespace std; int main() { int *p=new int(10); shared_ptr<int> spi(p); shared_ptr<int> spi2 = spi; shared_ptr<int> spi3 = spi; cout << spi.use_count() << endl; cout << spi2.use_count() << endl; cout << spi3.use_count() << endl; return 0; }
shared_ptr实现原理简述:
构造函数如下:
template<class Y> explicit shared_ptr( Y * p ): px( p ), pn( p ) // Y must be complete { boost::detail::sp_enable_shared_from_this( pn, p, p ); }
其中:
T * px; // contained pointer boost::detail::shared_count pn; // reference counter
px存储new运算符的结果,pn为引用计数对象,构造函数如下:
template<class Y> explicit shared_count( Y * p ): pi_( 0 ) { try { pi_ = new sp_counted_impl_p<Y>( p ); } catch(...) { boost::checked_delete( p ); throw; } }
可以看出,shared_count的构造函数中new了一个sp_counted_impl_p的对象,用来记录
explicit sp_counted_impl_p( X * px ): px_( px ) { }
template<class X> class sp_counted_impl_p: public sp_counted_base
sp_counted_base(): use_count_( 1 ), weak_count_( 1 ) { // HPUX 10.20 / DCE has a nonstandard pthread_mutex_init #if defined(__hpux) && defined(_DECTHREADS_) pthread_mutex_init( &m_, pthread_mutexattr_default ); #else pthread_mutex_init( &m_, 0 ); #endif }
sp_counted_base构造函数中把use_count_和weak_count_置为1。
当进行拷贝构造或者赋值操作时:
shared_ptr(shared_ptr const &r): px(r.px), pn(r.pn) {}
pn对象的构造函数如下:
shared_count(shared_count const & r): pi_(r.pi_) // nothrow #if defined(BOOST_SP_ENABLE_DEBUG_HOOKS) , id_(shared_count_id) #endif { if( pi_ != 0 ) pi_->add_ref_copy(); }
void add_ref_copy() { ++use_count_; }
当执行sp2=sp时,调用拷贝构造函数,注意这里没有加explicit,会自动隐式转换类型,把sp中的px和pn赋给sp2,当构造pn时,会把sp中pn中的pi_赋给sp2中pn中的pi_,让它们共同指向同一个sp_counted_impl_p对象,用来记录指针的引用数。
当一个shared_ptr对象离开作用域时,会先执行pn的析构函数:
~shared_count() // nothrow { if( pi_ != 0 ) pi_->release(); #if defined(BOOST_SP_ENABLE_DEBUG_HOOKS) id_ = 0; #endif }
void release() // nothrow { if( --use_count_ == 0 ) { dispose(); weak_release(); } }
在release中,把sp_counted_impl_p对象中的use_count_减1,若减到0,则执行delete操作,释放内存。