shared_ptr

WUCANADA 2013-02-07

展开全文

shared_ptr

(2012-11-13 22:53:50)

标签：

杂谈

shared_ptr是一个最像指针的"智能指针"，是 boost.smart_ptr库中最有价值、最重要的组成部分，也是最有用的，Boost库的许多组件--甚至还包括其他一些领域的智能指针都使用了 shared_ptr。抱歉，我实在想不出什么更恰当的词汇来形容它在软件开发中的重要性。再强调一遍，shared_ptr非常有价值、非常重要、非常有用。

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，可以被自由地拷贝和赋值，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作为STL容器元素的缺陷。

在C++历史上曾经出现过无数的引用计数型智能指针实现，但没有一个比得上boost::shared_ptr，在过去、现在和将来，它都是最好的。

1. shared_ptr的线程安全性

shared_ptr 本身不是 100% 线程安全的。它的引用计数本身是安全且无锁的，但对象的读写则不是，因为 shared_ptr 有两个数据成员，读写操作不能原子化。根据文档，shared_ptr 的线程安全级别和内建类型、标准库容器、string 一样，即：

一个 shared_ptr 实体可被多个线程同时读取；
两个的 shared_ptr 实体可以被两个线程同时写入，“析构”算写操作；
如果要从多个线程读写同一个 shared_ptr 对象，那么需要加锁。

2. shared_ptr用法

shared_ptr sp(new int(10));                //一个指向整数的shared_ptr
assert(sp.unique());                            //现在shared_ptr是指针的唯一持有者
shared_ptr sp2 = sp;                       //第二个shared_ptr,拷贝构造函数
assert(sp == sp2 && sp.use_count() == 2);        //两个shared_ptr相等,指向同一个对象,引用计数为2
*sp2 = 100;                                        //使用解引用操作符修改被指对象
assert(*sp == 100);                                //另一个shared_ptr也同时被修改
sp.reset();                                     //停止shared_ptr的使用
assert(!sp);                                    //sp不再持有任何指针(空指针)

示例二：

class shared                                    //一个拥有shared_ptr的类
{
private:
    shared_ptr p;                          //shared_ptr成员变量
public:
    shared(shared_ptr p_):p(p_){}          //构造函数初始化shared_ptr
    void print()                                //输出shared_ptr的引用计数和指向的值
    {          cout << "count:" << p.use_count()
    << "v =" <<*p << endl;
    }
};
void print_func(shared_ptr p)                //使用shared_ptr作为函数参数
{
    //同样输出shared_ptr的引用计数和指向的值
    cout << "count:" << p.use_count()
        << " v=" <<*p << endl; }
int main()
{
    shared_ptr p(new int(100));
    shared s1(p), s2(p);                        //构造两个自定义类
    s1.print();
    s2.print();
    *p = 20;                                    //修改shared_ptr所指的值
    print_func(p);
    s1.print();
}

3. 应用于标准容器

有两种方式可以将shared_ptr应用于标准容器（或者容器适配器等其他容器）。

一种用法是将容器作为shared_ptr管理的对象，如shared_ptr >，使容器可以被安全地共享，用法与普通shared_ptr没有区别，我们不再讨论。

另一种用法是将shared_ptr作为容器的元素，如vector >，因为shared_ptr支持拷贝语义和比较操作，符合标准容器对元素的要求，所以可以实现在容器中安全地容纳元素的指针而不是拷贝。

标准容器不能容纳auto_ptr，这是C++标准特别规定的（读者永远也不要有这种想法）。标准容器也不能容纳scoped_ptr，因为 scoped_ptr不能拷贝和赋值。标准容器可以容纳原始指针，但这就丧失了容器的许多好处，因为标准容器无法自动管理类型为指针的元素，必须编写额外的大量代码来保证指针最终被正确删除，这通常很麻烦很难实现。

存储shared_ptr的容器与存储原始指针的容器功能几乎一样，但shared_ptr为程序员做了指针的管理工作，可以任意使用shared_ptr而不用担心资源泄漏。

下面的代码示范了将shared_ptr应用于标准容器的用法：

#include
int main()
{
    typedef vector > vs;    //一个持有shared_ptr的标准容器类型
    vs v(10);                               //声明一个拥有10个元素的容器，元素被初始化为空指针
    int i = 0;
    for (vs::iterator pos = v.begin(); pos != v.end(); ++pos)
    {
        (*pos) = make_shared(++i);     //使用工厂函数赋值
        cout << *(*pos) << ", ";            //输出值
    }
    cout << endl;
    shared_ptr p = v[9];
    *p = 100;
    cout << *v[9] << endl;
}

这段代码需要注意的是迭代器和operator[]的用法，因为容器内存储的是shared_ptr，我们必须对迭代器pos使用一次解引用操作符*以获得shared_ptr，然后再对shared_ptr使用解引用操作符*才能操作真正的值。*(*pos)也可以直接写成**pos，但前者更清晰，后者很容易让人迷惑。vector的operator[]用法与迭代器类似，也需要使用*获取真正的值。