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std::tr1::shared_ptr 使用的一点体会

Posted on 2010-09-03 22:29 S.l.e!ep.¢% 阅读(3813) 评论(0)  编辑 收藏 引用 所属分类: C++

在 c++ 98 里面只有一种智能指针,就是 std::auto_ptr,因为具有唯一所有权的特征,所以限制了它的使用范围,比如你无法在容器中使用它。而我们知道 stl 容器是值语义的,如果不能用智能指针管理的话,只有两种办法来使用。

一种是类似这样:

std::vector<std::string> names;
names.push_back("cyberscorpio");
std::string name("news818");
names.push_back(name);

每次向容器中添加内容的时候,实际上产生了该内容的另一份拷贝,对于简单的内容(或对象)来说,问题不大,但如果是很复杂的内容,很大的对象,调用拷贝构造函数的成本会比较高,同时亦不利于统一维护。

另一种做法就是在容器中存指针,这样当然就避免了上面的问题,但是,这需要你在容器对象销毁的时候,显式的释放容器中的每一个元素。略有些不方便,但还可以接受。

更大的问题在于,当程序比较复杂的时候,对象的生命周期管理对程序员来说,会是一个比较头疼的事情,比如你有一个指针(对象),在程序的很多地方都用到它,如果你在某个地方释放了它而没有通知它的其他使用者的话,就会造成非法的内存访问,从而程序崩溃。

shared_ptr 通过指针的引用计数,很好的解决了这个问题,和 COM 组件生存期管理机制类似,只有当引用计数为 0 的时候,才会释放这个对象。而 shared_ptr 不需要程序员手工调用 AddRef 和 Release 函数,进一步减小了出错的可能性。

但是,引用计数有一个麻烦,它不能解决所谓循环引用的问题,举个例子,有对象 A 和 B,A 和 B 中,各有一个智能指针指向对方。

#include <stdio.h>
#include <memory>
class A;
class B;
typedef std::tr1::shared_ptr<a> APtr;
typedef std::tr1::shared_ptr<b> BPtr;

class A {
public:
BPtr b;
~A () {
printf ("A released\n");
}
};

class B {
public:
APtr a;
~B () {
printf ("B released\n");
}
};

int main () {
APtr a(new A());
BPtr b(new B());

a->b = b; // 1
b->a = a; // 2

return 0;

}

我们编译运行这段程序,会发现 A 和 B 的析构函数都没有被调用,因为在只能指针 a 的生命周期结束的时候,它手中对 A 对象的引用计数还剩下 1 (即 b 手中的引用),所以对象 A 不会被释放。而指针 b 生命结束的时候哦,它手中 B 对象的引用也还有 1,导致没有对象被释放。

上面的例子里面,注释为 1 和 2 的两句,任意去掉一句,就打破了这个循环的引用,从而 A 和 B 都能正确的释放。那么,假如我真的需要 A 和 B 之间互相引用,难道就没有别的办法了吗?办法是有的,就是使用 std::tr1::weak_ptr。weak_ptr,顾名思义,是一个 “弱” 一点的智能指针,它不会增加引用计数,当你需要使用这个对象的时候,可以从 weak_ptr 临时生出一个 shared_ptr 来 (通过 lock 函数),这个临时的 shared_ptr 生命结束以后,就会把引用计数减小 1,这样就不会出现互相死锁的情况了。

#include <stdio.h>
#include <memory>
class A;
class B;

typedef std::tr1::shared_ptr<A> APtr;
typedef std::tr1::shared_ptr<B> BPtr;
typedef std::tr1::weak_ptr<A> AWeakPtr;
typedef std::tr1::weak_ptr<B> BWeakPtr;

class A {
public:
BWeakPtr b; // 注意这里
~A () {
printf ("A released\n");
}

};

class B {
public:
AWeakPtr a; // 注意这里
~B () {
printf ("B released\n");
}

void output () {
printf ("I'm B\n");
}
};

int main () {
APtr a(new A());
BPtr b(new B());

a->b = b;
b->a = a;

BPtr b2(a->b.lock());
b2->output();

return 0;
}

编译运行,我们会欣喜的看到,A 和 B 都正确的被释放了。

I'm B
B released
A released

所以,在使用 shared_ptr 第一个要注意的,就是在可能会引起循环引用的地方,使用 weak_ptr

还有一个问题也很常见,当使用了 shared_ptr 的时候,我们可能需要在所有的地方都使用它,否则就不容易达到管理生存期的目的了。但有的时候,我们手头上只有对象的原始指针,比如在对象的函数内部,我们只有 this。这就迫切的需要一个功能:如何从对象的裸指针中,生成我们需要的 shared_ptr。

有人可能会觉得这个简单,shared_ptr<T> a(this); 不就行了么?很遗憾的告诉你,这样不行,会出问题。为什么呢?因为这里的 a,手中对 this 的引用计数只有 1,它无法知道其他地方智能指针对 this 这个指针(就是这个对象)的引用情况,因此当 a 的生命周期结束(比如函数返回)的时候,this 就会被它毫不留情的释放掉,其他地方的相关智能指针,手中拿着的该对象指针已经变成非法。

那么怎样解决呢?也很简单,使用 std::tr1::enable_shared_from_this 作为基类。比如:

class A : public std::tr1::enable_shared_from_this<A> 
{
public:
std::tr1::shared_ptr<A> getSharedPtr() {
return shared_from_this();
}
};

这样就可以从 this 中生出具有统一引用计数的 shared_ptr 了。只有一个问题是需要注意的,就是 getSharedPtr 函数,或者说 shared_from_this 不能在对象 A 的构造函数中调用。因为 enable_shared_from_this 这个基类的内部,是通过一个对自己的 weak_ptr 的引用来返回 this 的 shared_ptr 的,而在对象的构造函数中,第一个 shared_ptr 尚未获得对象的指针,所以 weak_ptr 是空的,直接导致 shared_from_this() 返回失败。除此以外,shared_from_this 可以随便使用。


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