探究C++11智能指针之std::unique_ptr

2022-06-01 22:44:26 浏览数 (2)

背景

谈起C ,它被公认为最难学的编程语言之一,不仅语法知识点广泛,细节内容之多,学习难度和学习周期也长,导致好多新入行的开发者对C “敬而远之”,甚至“从入门到放弃”。自C 11开始,好多C 程序员慢慢的感受到了C 的魅力所在,似乎难度也越来越小。

本文要讲的是C 11引入的智能指针之std::unique_ptr。​

std::unique_ptr系C 11引入的智能指针,拥有资源的唯一所有权,头文件 #include <memory>。

unique_ptr指针指向的堆内存空间的引用计数为 1,如果unique_ptr 指针放弃对所指堆内存空间的所有权,那么该空间会被立即释放回收。

那么,什么时候使用unique_ptr呢?简单来说:可以考虑将动态分配的有唯一所有者的资源保存在unique_ptr的实例中。

如何初始化一个std::unique_ptr对象?

方法一:

代码语言:javascript复制
std::unique_ptr<int> sp(new int(12345));

方法二:

代码语言:javascript复制
std::unique_ptr<int> sp;
sp.reset(new int(12345));

方法三:

代码语言:javascript复制
std::unique_ptr<int> sp = std::make_unique<int>(12345);

以上三种方式均可,其中,方法三是C 14新增的,通过std::make_unique方法来创建std::unique_ptr对象。

std::unique_ptr禁止复制语义

和 std::shared_ptr区别:unique_ptr是移动构造(unique_ptr不可拷贝和赋值,但可以被移动,unique_ptr禁止复制语义,拷贝构造函数和复制运算符operator= 均被标记为 =delete),shared_ptr是拷贝构造,伪代码如下:

std::unique_ptr<T> up1 = std::move(up); std::shared_ptr<T> sp1 = sp;

unique_ptr 独占所指向的对象,与shared_ptr不同的是,某个时刻只能有一个unique_ptr指向一个给定对象。当unique_ptr被销毁时,它所指向的对象也被销毁。

禁止复制语义存在特例,比如,可以通过函数得到一个std::unique_ptr对象,然后返回给up即可:

代码语言:javascript复制
std::unique_ptr<int> clone(int val)
{
  std::unique_ptr<int> p(new  int(val));
  return p;
}

int main()
{
  int num =  5;
  std::unique_ptr<int> up =  clone(num);
  return 0;
}
std::unique_ptr与std::move不解之缘

std::unique_ptr无法被复制,但可以使用移动构造将std::unique_ptr对象持有的堆内存转移给另外一个对象,简单代码如下:

代码语言:javascript复制
std::unique_ptr<int> sp(std::make_unique<int>(12345));

std::unique_ptr<int> sp1(std::move(sp));

std::move将sp持有的堆内存转移给sp1后,sp不再持有堆内存的引用,变成一个空的智能指针对象。

那么,是不是所有的对象,都可以用std::move操作呢?答案是否定的,只有实现了移动构造函数或移动运算符的类才可以。恰恰std::unique_ptr实现了二者。

使用场景举例

动态申请的资源提供异常安全保障

当我们动态申请内存后,可能会抛出异常或者提前退出,导致没有执行delete操作。

代码语言:javascript复制
#include<memory>
#include<iostream>
using namespace std;

class Func {};

int main()
{
    Func* pFunc =  new Func;
   /////可能抛出异常
    delete pFunc;
    return 0;
}

此时使用std::unique_ptr来管理动态内存,只要std::unique_ptr指针创建成功,其析构函数都会被调用,确保动态资源被释放。

代码语言:javascript复制
#include <memory>
#include<iostream>
using namespace std;

class Func{};

int main()
{
    unique_ptr<Func> upFunc(new  Func);
   //...
    return 0;
}

容器内保存指针示例:

代码语言:javascript复制
std::vector<std::unique_ptr<int>> vec;
std::unique_ptr<int> sp(std::make_unique<int>(12345));
vec.push_back(std::move(sp));

篇幅有限,本文权当抛砖引玉,感兴趣的同学,可基于此,做进一步的拓展和探究。

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