shared_ptr / weak_ptr 代码片段

参考<<Boost程序库完全开放指南>>

 shared_ptr  类摘要(只列出了常用的部分)和相关说明

template <class T> class shared_ptr {
public:
    typedef T element_type;
    shared_ptr();
    template<class Y> explicit shared_ptr(Y * p);
    template<class Y, class D> shared_ptr(Y * p); // 定制删除器 d取代简单的delete. 要求能用d()函数方式调用, d可以是函数对象或者函数指针.
    ~shared_ptr();

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

    //比较运算符的比较是基于内部保存的指针.return  a.get() == b.get();
    shared_ptr & operator = (shared_ptr const & r);
    template<class Y> shared_ptr & operator = (shared_ptr<Y> const & r);
    template<class Y> shared_ptr & operator = (std::auto_ptr<Y> & r);

    void reset(); // 将引用计数减一,停止当前指针对原始指针的共享.
    template<class Y> void reset(Y * p); // 引用计数减一, 同时转而共享另一个指针.
    template<class Y, class D> void reset(Y * p, D d);

    T & operator * () const;
    T * operator -> () const;
    T * get() const;   // 获取原始指针

    bool unique() const;//高效判断
    long use_count() const; // 效率低, 建议只在调试时用.

    operator unspecified_bool_type() const;  // 提供隐式类型转换, 比如放在条件语句中作为bool值
    void swap(shared_ptr & b);//交换内部指针
};

1.  shared_ptr r 特点

　　- 提供 * ->操作符模仿原始指针行为, 提供隐式bool 类型转换以判断指针的有效性.

　　- 没有提供指针算术运算操作,除 < 运算符外. 所以可以用于标准容器.

　　- 可以被安全共享, 提供基本的线程安全的保证(一个 shared_ptr 可以被多个线程安全读取).

　　- 类型转换不能用诸如: static_cast<T*>(p.get())的形式(导致转换后指针无法再被 shared_ptr 自动管理),  shared_ptr 提供类似的转型函数:  static-pointer_cast<T>() ,  const_pointer_cast<T>()  ,  dynamic_pointer_cast<T>() .

shared_ptr<std::exception> sp1 (new bad_exception("error"));
shared_ptr<bad_exception> sp2 = dynamic_pointer_cast<bad_exception>(sp1);
shared_ptr<std::exception> sp3 = static_pointer_cast<std::exception>(sp2);
assert(sp3 == sp1);

　　- 支持 << 操作符, 直接打印内部指针的值, 方便调试.

　　- 几乎可以100%在任何new 出现的地方接受new的动态分配结果, 然后被任意使用,完全消灭delete的使用的和内存泄露.

2.  shared_ptr  的使用技巧

　　- 使用工厂函数 make_shared() 来包装new表达式

　　　　-  shared_ptr  消除了显式delete调用, 但是 shared_ptr 构造时需要new, 导致了代码中某种不对称性.

#include <boostmake_shared.hpp>
template<class T, class ...Args>
shared_ptr<T> make_shared(Args && ... args);

　　　　- smart_ptr 也提供了一个 allocate_shared() 工厂函数, 比make_shared()多一个定制的内存分配器参数.

　　- 应用于标准容器

　　　　- 将容器作为 shared_ptr的管理对象:   shared_ptr<list<T> > 

　　　　- 将 shared_ptr作为容器的元素:  vector<shared_ptr<T> >  

　　- 应用于桥接模式(pimpl或者 handle/body)

　　　　- 将类的具体实现对用户隐藏,达到最小耦合, 可以不使用虚函数实现多态.

class sample {
private:
    class impl; 
    shared_ptr<impl> p;
public:
    sample();
    void print();  //提供给外界的接口
};
class sample::impl {
public:
    void print() {
        cout << "impl print" << endl;
    }
};
sample::sample():p(new impl){}
void sample::print() {
    p->print(); //调用内部类的impl 实现print.
}
sample s;
s.print();  //实现桥接模式

　　- 应用于工厂模式(前面的 make_shared() 函数也算)

class abstract {
public:
    virtual void f() = 0;
    virtual void g() = 0;
protected:
    virtual ~abstract(){}  //定义为保护的,只允许自己和子类对象调用.其他任何对象无权调用delete删除.
};
class impl :public abstract{
public:
    virtual void f() {
        cout << "class impl f" << endl;
    }
    virtual void g() {
        cout << "class impl g" << endl;
    }
};
shared_ptr<abstract> create() {
    return shared_ptr<abstract>(new impl);
}
int main(){
    shared_ptr<abstract> p = create();
    p->f();
    p->g();
    return 0;
}
/* 结果:
class impl f
class impl g
*/

 　　- 定制删除器

　　　　- 可以用来自动释放数据库连接, 关闭文件资源等.

class socket_t{};
socket_t * open_socket() {
    cout << "open socket" << endl;
    return new socket_t;
}
void close_socket(socket_t * s) {
    cout << "close socket" << endl;
}
int main(){
    socket_t * s = open_socket();
    shared_ptr<socket_t> p(s, close_socket);  // 等价: shared_ptr<socket_t> p(s,&close_socket);
    return 0;
}//离开作用域时, p为调用定制的删除器 close_socket()

 　　　　- 对C语言文件操作管理就很简单了:  shared_ptr<FILE> fp(fopen("./1.txt", "r"), fclose()); 

 　　-  shared_ptr<void> 

　　　　- 优点: 能存储 void * 的指针, 而 void*  可以指向任意类型, 从而变成泛型的指针容器.

　　　　- 缺点: 丧失了原来的类型信息, 为了需要的时候正确使用, 需要用 static_pointer_cast<T> 转换. 转换会使代码不够安全, 建议不这样用.

/*算是删除器的高级用法了吧*/
void any_func(void * p) {
    cout << "some operate" << endl;
}
int main(){
    shared_ptr<void> p((void*)0, any_func);  //容纳空指针,定制删除器, 实现退出作用域时调用任意函数.
    return 0;//退出作用域时执行any_fuc()
}
/*结果
some operate
*/

　　- 其他: 包装成员函数, 延时释放

　　　　- 以后有空再研究

weak_ptr类摘要

template<class T> class weak_ptr {
public:
    template<class Y> weak_ptr(shared_ptr<Y> const & r);
    weak_ptr(weak_ptr const & r);
    ~weak_ptr();

    weak_ptr & operator = (weak_ptr const & r);

    long use_count() const;//获取观测资源的引用计数
    bool expired() const;  //相当于use_count() == 0 , 但是更快
    shared_ptr<T> lock() const; // 从被观测的share_ptr获取一个可用的shared_ptr对象, 从而操作资源

    void reset();
    void swap(weak_ptr<T> & b);
};

1. weak_ptr  的特点

　　- 被设计为与 shared_ptr 共同工作, 可以从一个 shared_ptr  或者另一个 weak_ptr  对象构造获取资源的观测权.

　　- 不共享(引用)资源, 不能直接操作资源, 构造/析构不会改变观测资源的引用计数.

　　- 没有重载 * 和 -> , 不能像操作指针一样操作它.

2.weak_ptr 用法

　　- 基本用法

int main(){
    shared_ptr<int> sp(new int(10));
    cout << sp.use_count() << endl;
    weak_ptr<int> wp(sp);
    cout << wp.use_count() << endl;
    if (!wp.expired()) {
        shared_ptr<int> sp2 = wp.lock();
        *sp2 = 100;
        cout << wp.use_count() << endl;
    }
    cout << wp.use_count() << endl;
    sp.reset();
    cout << wp.expired() << endl;
    cout << !wp.lock() << endl;
    return 0;
}
/*结果
1
1
2
1
1
1
*/

　　- 获得this的 shared_ptr 

　　　　-  weak_ptr 获取this指针的 shared_ptr , 使对象能获取shared_ptr实现自我管理. (使用lock() )

　　　　- 已经被通用实现, 在 <boost/enable_shared_from_this.hpp> 内的助手类:  enable_shared_from_this<T> .

class self_shared :public enable_shared_from_this<self_shared> {
public:
    int x;
    self_shared(int n) :x(n) {}
    void print() {
        cout << "self_shared:" << x << endl;
    }
};
int main(){
    shared_ptr<self_shared> sp = make_shared<self_shared>(314);
    sp->print();
    shared_ptr<self_shared> p = sp->shared_from_this();
    p->x = 100;
    p->print();
    return 0;
}
/*结果
self_shared:314
self_shared:100
*/

 　　　　- 注意不能从一个普通对象(非shared_ptr)使用 shared_from_this()  来获取shared_ptr.

//语法正确, 但是会在shared_ptr析构是企图删除一个栈上分配的对象, 发生未定义行为
self_shared ss;
shared_ptr<self_shared> p = ss.shared_from_this();