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智能指針(三十一)

C++ 智能指針 指針特征操作符重載 內存泄漏 垃圾回收機制

我們在程序開發中,難免會遇到內存泄漏。那麽什麽是內存泄漏呢?就是動態申請堆空間,用完後不歸還。在 C++ 語言中沒有垃圾回收機制,在後續的語言如 Java、C# 等高級語言中就存在垃圾回收機制,指針無法控制所指堆空間的生命周期。

下來我們來看個示例代碼

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Test
{
    int i;
public:
    Test(int i)
    {
        cout << "Test(int i)" << endl;
        
        this->i = i;
    }
    
    int value()
    {
        return i;
    }
    
    ~Test()
    {
        cout << "~Test()" << endl;
    }
};

int main()
{
    for(int i=0; i<5; i++)
    {
        Test* p = new Test(i);
        
        cout << p->value() << endl;
    }
    
    return 0;
}

我們明顯看到在 main 函數中只 new 對象了,而沒有 delete 對象。我們看看運行結果

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我們看到只是進行了構造函數,並沒有析構函數的打印。也就是說,有內存泄漏,但是有人會說我們的程序還是運行結束了,啥事都沒有。這是因為這個程序很短,如果程序在長時間運行後,便會產生問題,而且這類問題是最難調試的。

那麽我們就會思考了:我們到底需要的是一個什麽樣的指針的?需要一個特殊的指針,在指針生命周期結束時能主動釋放堆空間一片堆空間最多只能由一個指針標識,必須杜絕指針運算和指針比較。那麽解決方案便是重載指針特征操作符(-> 和 *),只能通過類的成員函數重載,並且重載函數不能使用參數它只能定義一個重載函數。我們稱之為智能指針

,下來我們來看看智能指針到底是什麽樣的

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Test
{
    int i;
public:
    Test(int i)
    {
        cout << "Test(int i)" << endl;
        
        this->i = i;
    }
    
    int value()
    {
        return i;
    }
    
    ~Test()
    {
        cout << "~Test()" << endl;
    }
};

class Pointer
{
    Test* mp;
public:
    Pointer(Test* p = NULL)
    {
        mp = p;
    }
    Pointer(const Pointer& obj)
    {
        mp = obj.mp;
        const_cast<Pointer&>(obj).mp = NULL;
    }
    Pointer& operator = (const Pointer& obj)
    {
        if( this != &obj )
        {
            delete mp;
            mp = obj.mp;
            const_cast<Pointer&>(obj).mp = NULL;
        }
        
        return *this;
    }
    Test* operator -> ()
    {
        return mp;
    }
    Test& operator * ()
    {
        return *mp;
    }
    bool isNull()
    {
        return (mp == NULL);
    }
    ~Pointer()
    {
        delete mp;
    }
};

int main()
{
    Pointer p1 = new Test(5);
    
    cout << p1->value() << endl;
    
    Pointer p2 = p1;
    
    cout << p1.isNull() << endl;
    
    cout << p2->value() << endl;
    
    return 0;
}

我們在程序中定義了一個 Pointer 類,進行了一系列的操作符重載。打印 p1 的值就肯定為 5,接著將 p1 賦值給 p2,那麽此時 p1 就應該為空了,因為一片空間只能有一個標識符。所以在第 78 行打印出的肯定是 1 了,最後打印的 p2 的值也就為 5 了。我們看看編譯結果

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我們看到打印的結果和我們所分析的是一致的,並且它也只是進行了一次構造函數和一次析構函數。那麽關於智能指針這塊,我們還有條使用軍規:就是它只能用來指向堆空間中的對象或者變量!那麽我們在 C++ 中的智能指針是不是就類似於高級語言中的垃圾回收機制呢?當然是很相似啦。通過對智能指針的學習,總結如下:1、指針特征操作符(-> 和 *)可以被重載;2、重載指針特征符能夠使用對象代替指針;3、智能指針只能用於指向堆空間中的內存;4、智能指針的意義在於最大程度的避免內存問題。


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