C++ 11 智能指针unique_ptr

简介

unique_ptr 是 C++ 11 提供的用于防止内存泄漏的智能指针中的一种实现,独享被管理对象指针所有权的智能指针。unique_ptr对象包装一个原始指针,并负责其生命周期。当该对象被销毁时,会在其析构函数中删除关联的原始指针。
unique_ptr具有->和*运算符重载符,因此它可以像普通指针一样使用。
查看下面的示例:

#include 
#include 

struct Task 
{ 
    int mId; Task(int id ) :mId(id) 
    { 
        std::cout << "Task::Constructor" << std::endl; 
    } 
    ~Task() 
    { 
        std::cout << "Task::Destructor" << std::endl; 
    }
};

int main()
{ 
    // 通过原始指针创建 unique_ptr 实例 
    std::unique_ptr taskPtr(new Task(23)); 
    
    //通过 unique_ptr 访问其成员 
    int id = taskPtr->mId; 
    
    std::cout << id << std::endl; return 0;
}

输出:

Task::Constructor
23
Task::Destructor

unique_ptr 对象 taskPtr 接受原始指针作为参数。现在当main函数退出时,该对象超出作用范围就会调用其析构函数,在unique_ptr对象taskPtr 的析构函数中,会删除关联的原始指针,这样就不用专门delete Task对象了。
这样不管函数正常退出还是异常退出(由于某些异常),也会始终调用taskPtr的析构函数。因此,原始指针将始终被删除并防止内存泄漏。

unique_ptr 独享所有权

unique_ptr对象始终是关联的原始指针的唯一所有者。我们无法复制unique_ptr对象,它只能移动。
由于每个unique_ptr对象都是原始指针的唯一所有者,因此在其析构函数中它直接删除关联的指针,不需要任何参考计数。

创建一个空的 unique_ptr对象

创建一个空的unique_ptr对象,因为没有与之关联的原始指针,所以它是空的。

std::unique_ptr ptr1;

检查 unique_ptr 对象是否为空

有两种方法可以检查 unique_ptr 对象是否为空或者是否有与之关联的原始指针。

// 方法1
if(!ptr1)
	std::cout<<"ptr1 is empty"<

使用原始指针创建 unique_ptr 对象

要创建非空的 unique_ptr 对象,需要在创建对象时在其构造函数中传递原始指针,即:

std::unique_ptr taskPtr(new Task(22));

不能通过赋值的方法创建对象,下面的这句是错误的

// std::unique_ptr taskPtr2 = new Task(); // 编译错误

使用 std::make_unique 创建 unique_ptr 对象(C++14)

std::make_unique<>() 是C++ 14 引入的新函数

std::unique_ptr taskPtr = std::make_unique(34);

获取被管理对象的指针

使用get()·函数获取管理对象的指针。

Task *p1 = taskPtr.get();

重置 unique_ptr 对象

在 unique_ptr 对象上调用reset()函数将重置它,即它将释放delete关联的原始指针并使unique_ptr 对象为空。

taskPtr.reset();

unique_ptr 对象不可复制

由于 unique_ptr 不可复制,只能移动。因此,我们无法通过复制构造函数或赋值运算符创建unique_ptr对象的副本。

// 编译错误 : unique_ptr 不能复制
std::unique_ptr taskPtr3 = taskPtr2; // Compile error

// 编译错误 : unique_ptr 不能复制
taskPtr = taskPtr2; //compile error

转移 unique_ptr 对象的所有权

我们无法复制 unique_ptr 对象,但我们可以转移它们。这意味着 unique_ptr 对象可以将关联的原始指针的所有权转移到另一个 unique_ptr 对象。让我们通过一个例子来理解:

// 通过原始指针创建 taskPtr2
std::unique_ptr taskPtr2(new Task(55));
// 把taskPtr2中关联指针的所有权转移给taskPtr4
std::unique_ptr taskPtr4 = std::move(taskPtr2);
// 现在taskPtr2关联的指针为空
if(taskPtr2 == nullptr)
	std::cout<<"taskptr2 is empty"<mId << std::endl;

std::move() 将把 taskPtr2 转换为一个右值引用。因此,调用 unique_ptr 的移动构造函数,并将关联的原始指针传输到 taskPtr4。在转移完原始指针的所有权后, taskPtr2将变为空。

释放关联的原始指针

在 unique_ptr 对象上调用 release()将释放其关联的原始指针的所有权,并返回原始指针。这里是释放所有权,并没有delete原始指针,reset()会delete原始指针。

std::unique_ptr taskPtr5(new Task(55));
// 不为空
if(taskPtr5 != nullptr)
	std::cout<<"taskptr5 is not empty"<

总结

new出来的对象是位于堆内存上的,必须调用delete才能释放其内存。
unique_ptr 是一个装指针的容器,且拥有关联指针的唯一所有权,作为普通变量使用时系统分配对象到栈内存上,超出作用域时会自动析构,unique_ptr对象的析构函数中会delete其关联指针,这样就相当于替我们执行了delete堆内存上的对象。

成员函数作用

  • reset() 重置unique_ptr为空,delete其关联的指针。
  • release() 不delete关联指针,并返回关联指针。释放关联指针的所有权,unique_ptr为空。
  • get() 仅仅返回关联指针

unique_ptr不能直接复制,必须使用std::move()转移其管理的指针,转移后原 unique_ptr 为空。
std::unique_ptr taskPtr4 = std::move(taskPtr2);

创建unique_ptr对象有两种方法:

//C++11: 
std::unique_ptr taskPtr(new Task(23));
//C++14: 
std::unique_ptr taskPtr = std::make_unique(34);

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