C++中各种智能指针的实现及弊端（一）
一、为什么需要智能指针？
首先看一段代码：
#include <vector>
void _MergeSort(int* a, int left, int right, int* tmp)
{
if (left >= right) return;
int mid = left + ((right - left) >> 1);
// [left, mid]
// [mid+1, right]
_MergeSort(a, left, mid, tmp);
_MergeSort(a, mid + 1, right, tmp);
int begin1 = left, end1 = mid;
int begin2 = mid + 1, end2 = right;
int index = left;
while (begin1 <= end1 && begin2 <= end2)
{
if (a[begin1] < a[begin2])
tmp[index++] = a[begin1++];
else
tmp[index++] = a[begin2++];
}
while (begin1 <= end1)
tmp[index++] = a[begin1++];
while (begin2 <= end2)
tmp[index++] = a[begin2++];
memcpy(a + left, tmp + left, sizeof(int)*(right - left + 1));
}
void MergeSort(int* a, int n)
{
int* tmp = (int*)malloc(sizeof(int)*n);
_MergeSort(a, 0, n - 1, tmp);
// 这里假设处理了一些其他逻辑
vector<int> v(1000000000, 10);
// ...
// free(tmp);
}
int main()
{
int a[5] = { 4, 5, 2, 3, 1 };
MergeSort(a, 5);
return 0;
}
从上面的代码很容易看出一个问题，就是：
- malloc出来的空间，没有进行释放，存在内存泄漏的问题。
- 异常安全问题。如果在malloc和free之间如果存在抛异常，那么还是有内存泄漏。这种问题就叫异常安全。
实际编写C／C++代码的过程中这类问题还有很多，比如new出来的空间，malloc出来的空间，文件流指针，及网络编程中等等，很容易出现申请的空间没有释放和文件描述符没有关闭等问题，就会造成资源泄漏的问题，并且这类问题不一定会立即显示出来，后期排错很困难，所以就引出了智能指针。
二、智能指针的使用及原理：
1.RAII：
RAII（Resource Acquisition Is Initialization）是一种利用对象生命周期来控制程序资源（如内存、文件句柄、网络连接、互斥量等等）的简单技术。
原理：在对象构造时获取资源，接着控制对资源的访问使之在对象的生命周期内始终保持有效，最后在对象析构的时候释放资源。
借此，我们实际上把管理一份资源的责任托管给了一个对象。这种做法有两大好处：
- 不需要显式地释放资源。
- 采用这种方式，对象所需的资源在其生命期内始终保持有效。
// 使用RAII思想设计的SmartPtr类
template<class T>
class SmartPtr {
public:
SmartPtr(T* ptr = nullptr)
: _ptr(ptr)
{}
~SmartPtr()
{
if(_ptr)
delete _ptr;
}
private:
T* _ptr;
};
void MergeSort(int* a, int n)
{
int* tmp = (int*)malloc(sizeof(int)*n);
// 讲tmp指针委托给了sp对象，用时老师的话说给tmp指针找了一个可怕的女朋友！天天管着你，直到你go
die^^
SmartPtr<int> sp(tmp);
// _MergeSort(a, 0, n - 1, tmp);
// 这里假设处理了一些其他逻辑
vector<int> v(1000000000, 10);
// ...
}
int main()
{
try {
int a[5] = { 4, 5, 2, 3, 1 };
MergeSort(a, 5);
}
catch(const exception& e)
{
cout<<e.what()<<endl;
}
return 0;
}
上面的代码还不能称为智能指针，因为他还没有指针的行为，所以还要对解引用和->进行运算符重载
template<class T>
class SmartPtr {
public:
SmartPtr(T* ptr = nullptr)
: _ptr(ptr)
{}
~SmartPtr()
{
if(_ptr)
delete _ptr;
}
T& operator*() {return *_ptr;}
T* operator->() {return _ptr;}
private:
T* _ptr;
};
struct Date
{
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
SmartPtr<int> sp1(new int);
*sp1 = 10
cout<<*sp1<<endl;
SmartPtr<int> sparray(new Date);
// 需要注意的是这里应该是sparray.operator->()->_year = 2018;
// 本来应该是sparray->->_year这里语法上为了可读性，省略了一个->
sparray->_year = 2018;
sparray->_month = 1;
sparray->_day = 1;
}
到这里基于RAII的智能指针已经实现完成；但是从上面的代码很容易发现智能指针的缺陷：浅拷贝问题*
注意⚠️不能采用深拷贝的方式解决（资源是外部用户申请，类管理资源作用，例如String）
如果不清楚深浅拷贝的请参考：
深浅拷贝问题
