shared

shared_ptr是一种智能指针(smart pointer),作用有如同指针,但会记录有多少个shared_ptrs共同指向一个对象。这便是所谓的引用计数(reference counting)。

一旦最后一个这样的指针被销毁,也就是一旦某个对象的引用计数变为0,这个对象会被自动删除。这在非环形数据结构中防止资源泄露很有帮助。

auto_ptr由于它的破坏性复制语义,无法满足标准容器对元素的要求,因而不能放在标准容器中;如果我们希望当容器析构时能自动把它容纳的指针元素所指的对象删除时,通常采用一些间接的方式来实现,显得比较繁琐。boost库中提供了一种新型的智能指针shared_ptr,它解决了在多个指针间共享对象所有权的问题,同时也满足容器对元素的要求,因而可以安全地放入容器中。

shared_ptr最初实现于Boost库中,后来被C++标准委员会收录于TR1技术报告中,成为C++11标准的一部分。

namespace boost {

class bad_weak_ptr: public std::exception;

template<class T> class weak_ptr;

template<class T> class shared_ptr {

public:

typedef T element_type;

shared_ptr(); // never throws

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);

~shared_ptr(); // never throws

shared_ptr(shared_ptr const & r); // never throws

template<class Y> shared_ptr(shared_ptr<Y> const & r); // never throws

template<class Y> shared_ptr(shared_ptr<Y> const & r, T * p); // never throws

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

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

shared_ptr & operator=(shared_ptr const & r); // never throws

template<class Y> shared_ptr & operator=(shared_ptr<Y> const & r); // never throws

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

void reset(); // never throws

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, T * p); // never throws

T & operator*() const; // never throws

T * operator->() const; // never throws

T * get() const; // never throws

bool unique() const; // never throws

long use_count() const; // never throws

operator unspecified-bool-type() const; // never throws

void swap(shared_ptr & b); // never throws

};

template<class T, class U>

bool operator==(shared_ptr<T> const & a, shared_ptr<U> const & b); // never throws

template<class T, class U>

bool operator!=(shared_ptr<T> const & a, shared_ptr<U> const & b); // never throws

template<class T, class U>

bool operator<(shared_ptr<T> const & a, shared_ptr<U> const & b); // never throws

template<class T> void swap(shared_ptr<T> & a, shared_ptr<T> & b); // never throws

template<class T> T * get_pointer(shared_ptr<T> const & p); // never throws

template<class T, class U>

shared_ptr<T> static_pointer_cast(shared_ptr<U> const & r); // never throws

template<class T, class U>

shared_ptr<T> const_pointer_cast(shared_ptr<U> const & r); // never throws

template<class T, class U>

shared_ptr<T> dynamic_pointer_cast(shared_ptr<U> const & r); // never throws

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);

}

使用shared_ptr解决的主要问题是知道删除一个被多个客户共享的资源的正确时机。下面是一个简单易懂的例子,有两个类 A和 B, 它们共享一个int实例。使用 boost::shared_ptr, 你必须包含"boost/shared_ptr.hpp".

类 A和 B都保存了一个 shared_ptr<int>. 在创建 A和 B的实例时,shared_ptr temp被传送到它们的构造函数。这意味着共有三个 shared_ptr:a, b, 和 temp,它们都引向同一个int实例。如果我们用指针来实现对一个的共享,A和 B必须能够在某个时间指出这个int要被删除。在这个例子中,直到main的结束,引用计数为3,当所有 shared_ptr离开了作用域,计数将达到0,而最后一个智能指针将负责删除共享的 int.

把对象直接存入容器中有时会有些麻烦。以值的方式保存对象意味着使用者将获得容器中的元素的拷贝,对于那些复制是一种昂贵的操作的类型来说可能会有性能的问题。此外,有些容器,特别是 std::vector, 当你加入元素时可能会复制所有元素,这更加重了性能的问题。最后,传值的语义意味着没有多态的行为。如果你需要在容器中存放多态的对象而且你不想切割它们,你必须用指针。如果你用裸指针,维护元素的完整性会非常复杂。从容器中删除元素时,你必须知道容器的使用者是否还在引用那些要删除的元素,不用担心多个使用者使用同一个元素。这些问题都可以用shared_ptr来解决。

下面是如何把共享指针存入标准库容器的例子。

这里有两个类, A和 B, 各有一个虚拟成员函数 sing. B从 A公有继承而来,并且如你所见,工厂函数 createA返回一个动态分配的B的实例,包装在shared_ptr<A>里。在 main里, 一个包含shared_ptr<A>的 std::vector被放入10个元素,最后对每个元素调用sing。如果我们用裸指针作为元素,那些对象需要被手工删除。而在这个例子里,删除是自动的,因为在vector的生存期中,每个shared_ptr的引用计数都保持为1;当 vector被销毁,所有引用计数器都将变为零,所有对象都被删除。有趣的是,即使 A的析构函数没有声明为 virtual, shared_ptr也会正确调用 B的析构函数!

上面的例子示范了一个强有力的技术,它涉及A里面的protected析构函数。因为函数 createA返回的是 shared_ptr<A>, 因此不可能对shared_ptr::get返回的指针调用 delete。这意味着如果为了向某个需要裸指针的函数传送裸指针而从shared_ptr中取出裸指针的话,它不会由于意外地被删除而导致灾难。那么,又是如何允许 shared_ptr删除它的对象的呢? 这是因为指针指向的真正类型是 B; 而B的析构函数不是protected的。这是非常有用的方法,用于给shared_ptr中的对象增加额外的安全性。

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