一、boost 智能指針
智能指針是利用RAII（Resource Acquisition Is Initialization：資源獲取即初始化）來管理資源。關於RAII的討論可以參考前面的文
章。在使用boost庫之前應該先下載後放在某個路徑，並在VS 包含目錄中添加。下面是boost 庫裏面的智能指針：
（一）、scoped_ptr<T>
先來看例程：
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#include <boost/scoped_ptr.hpp>
#include <iostream> using namespace std; class X { public: X() { cout << "X ..." << endl; } ~X() { cout << "~X ..." << endl; } }; int main(void) { cout << "Entering main ..." << endl; { boost::scoped_ptr<X> pp(new X); //boost::scoped_ptr<X> p2(pp); //Error:所有權不能轉移 } cout << "Exiting main ..." << endl; return 0; } |
來稍微看一下scoped_ptr 的簡單定義：
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namespace boost
{ template<typename T> class scoped_ptr : noncopyable { private: T *px; scoped_ptr(scoped_ptr const &); scoped_ptr &operator=(scoped_ptr const &); typedef scoped_ptr<T> this_type; void operator==( scoped_ptr const & ) const; void operator!=( scoped_ptr const & ) const; public: explicit scoped_ptr(T *p = 0); ~scoped_ptr(); explicit scoped_ptr( std::auto_ptr<T> p ): px( p.release() ); void reset(T *p = 0); T &operator*() const; T *operator->() const; T *get() const; void swap(scoped_ptr &b); }; template<typename T> void swap(scoped_ptr<T> &a, scoped_ptr<T> &b); } |
與auto_ptr類似，內部也有一個T* px; 成員 ，智能指針對象pp 生存期到了，調用析構函數，在析構函數內會delete px; 如下面所說：
scoped_ptr mimics a built-in pointer except that it guarantees deletion of the object pointed to, either on destruction of the scoped_ptr or via an
explicit reset(). scoped_ptr is a simple solution for simple needs; use shared_ptr or std::auto_ptr if your needs are more complex.
從上面的話可以得知當調用reset() 函數時也能夠釋放堆對象，如何實現的呢？
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void reset(T *p = 0) // never throws
{ BOOST_ASSERT( p == 0 || p != px ); // catch self-reset errors this_type(p).swap(*this); } void swap(scoped_ptr &b) // never throws { T *tmp = b.px; b.px = px; px = tmp; } |
typedef scoped_ptr<T> this_type; 當調用pp.reset()，reset 函數構造一個臨時對象，它的成員px=0， 在swap 函數中調換 pp.px 與
(this_type)(p).px， 即現在pp.px = 0; //解綁
臨時對象接管了裸指針（即所有權可以交換），reset 函數返回，棧上的臨時對象析構，調用析構函數，進而delete px;
另外拷貝構造函數和operator= 都聲明爲私有，故所有權不能轉移，且因爲容器的push_back 函數需要調用拷貝構造函數，故也不能
將scoped_ptr 放進vector，這點與auto_ptr 相同（不能共享所有權）。此外，還可以使用 auto_ptr 對象 構造一個scoped_ptr 對象：
scoped_ptr( std::auto_ptr<T> p ): px( p.release() );
由於scoped_ptr是通過delete來刪除所管理對象的，而數組對象必須通過deletep[]來刪除，因此boost::scoped_ptr是不能管理數組對象的，如果
要管理數組對象需要使用boost::scoped_array類。
boost::scoped_ptr和std::auto_ptr的功能和操作都非常類似，如何在他們之間選取取決於是否需要轉移所管理的對象的所有權（如是否需要作爲
函數的返回值）。如果沒有這個需要的話，大可以使用boost::scoped_ptr，讓編譯器來進行更嚴格的檢查，來發現一些不正確的賦值操作。
（二）、shared_ptr<T>
An enhanced relative of scoped_ptr with reference counted copy semantics. The object pointed to is deleted when the last
shared_ptr
pointing to it is destroyed or reset.
先來看例程：
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#include <boost/shared_ptr.hpp>
#include <iostream> using namespace std; class X { public: X() { cout << "X ..." << endl; } ~X() { cout << "~X ..." << endl; } }; int main(void) { cout << "Entering main ..." << endl; boost::shared_ptr<X> p1(new X); cout << p1.use_count() << endl; boost::shared_ptr<X> p2 = p1; //boost::shared_ptr<X> p3; //p3 = p1; cout << p2.use_count() << endl; p1.reset(); cout << p2.use_count() << endl; p2.reset(); cout << "Exiting main ..." << endl; return 0; } |
圖示上述程序的過程也就是：
再深入一點，看源碼，shared_ptr 的實現 比 scoped_ptr 要複雜許多，涉及到多個類，下面就不貼完整源碼，看下面的類圖：
執行 boost::shared_ptr<X> p1(new X);
這一行之後：
而執行 p1.use_count(); 先是 pn.use_count(); 接着 pi_ != 0? pi_->use_count(): 0; return use_count_; 即返回1.
接着執行 boost::shared_ptr<X> p2 = p1;
本想跟蹤shared_ptr 的拷貝構造函數，在當行設置斷點後F11直接跳過了，說明是shared_ptr類沒有實現拷貝構造函數，使用的是編譯器默認的拷
貝構造函數，那如何跟蹤呢？如果你的C++基礎比較好，可以想到拷貝構造函數跟構造函數一樣，如果有對象成員是需要先構造對象成員的（這一點
也可以從調用堆棧上看出），故可以在shared_count 類的拷貝構造函數設置斷點，然後就可以跟蹤進去，如下的代碼：
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// shared_count
shared_count(shared_count const &r): pi_(r.pi_) // nothrow
{ if( pi_ != 0 ) pi_->add_ref_copy(); } // sp_counted_base
void add_ref_copy() { BOOST_INTERLOCKED_INCREMENT( &use_count_ ); } |
故p2.pn.pi_ 也指向 唯一的一個 sp_counted_impl_p 對象，且use_count_ 增1.
再者，shared_ptr 類的默認拷貝構造函數是淺拷貝，故現在p2.px 也指向 X.
由於p2 和 p1 共享一個sp_counted_impl_p 對象，所以此時無論打印p2.use_count(); 還是 p1.use_count(); 都是2。
接着執行p1.reset();
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// shared_ptr
void reset() // never throws in 1.30+
{ this_type().swap(*this); } void swap(shared_ptr<T> &other) // never throws { std::swap(px, other.px); pn.swap(other.pn); } |
this_type() 構造一個臨時對象，px = 0, pn.pi_ = 0; 然後swap交換p1 與 臨時對象的成員，即現在p1.px = 0; p1.pn.p1_ = 0; 如上圖。
reset 函數返回，臨時對象需要析構，但跟蹤時卻發現直接返回了，原因跟上面的一樣，因爲shared_ptr 沒有實現析構函數，調用的是默認的析構函
數，與上面拷貝函數同樣的道理，可以在shared_count 類析構函數設置斷點，因爲pn 是對象成員，故析構函數也會被調用。如下代碼：
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//shared_count
~shared_count() // nothrow
{ if( pi_ != 0 ) pi_->release(); } // sp_counted_base void release() // nothrow { if( BOOST_INTERLOCKED_DECREMENT( &use_count_ ) == 0 ) { dispose(); weak_release(); } } |
現在use_count_ 減爲1，但還不爲0，故 dispose(); 和 weak_release(); 兩個函數沒有被調用。當然此時打印 p2.use_count() 就爲1 了。
最後 p2.reset(); 跟p1.reset(); 同樣的流程，只不過現在執行到release 時，use_count_ 減1 爲0；需要繼續執行dispose(); 和
weak_release(); 如下代碼：
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//sp_counted_impl_p virtual void dispose() // nothrow { boost::checked_delete( px_ ); } //sp_counted_base void weak_release() // nothrow { if( BOOST_INTERLOCKED_DECREMENT( &weak_count_ ) == 0 ) { destroy(); } } virtual void destroy() // nothrow { delete this; } |
在check_delete 中會 delete px_; 也就是析構 X。接着因爲weak_count_ 減1 爲0， 故執行destroy(); 函數裏面delete this; 即析構自身
（sp_counted_impl_p 對象是在堆上分配的）。
說到這裏，我們也可以明白，即使最後沒有調用p2.reset(); 當p2 棧上對象生存期到， 需要調用shared_ptr 類析構函數，進而調用shared_count 類析
構函數，所以執行的結果也是跟reset() 一樣的，只不過少了臨時對象this_type()的構造。
總結一下：
和前面介紹的boost::scoped_ptr相比，boost::shared_ptr可以共享對象的所有權，因此其使用範圍基本上沒有什麼限制（還是有一些需要遵循的
使用規則，下文中介紹），自然也可以使用在stl的容器中。另外它還是線程安全的，這點在多線程程序中也非常重要。
boost::shared_ptr並不是絕對安全，下面幾條規則能使我們更加安全的使用boost::shared_ptr：
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避免對shared_ptr所管理的對象的直接內存管理操作，以免造成該對象的重釋放
-
shared_ptr並不能對循環引用的對象內存自動管理（這點是其它各種引用計數管理內存方式的通病）。
- 不要構造一個臨時的shared_ptr作爲函數的參數。
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void f(shared_ptr<int>, int);
int g(); void ok() { shared_ptr<int> p(new int(2)); f(p, g()); } void bad() { f(shared_ptr<int>(new int(2)), g()); } |
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#include <boost/shared_ptr.hpp>
#include <iostream> using namespace std; class Parent; class Child; typedef boost::shared_ptr<Parent> parent_ptr; typedef boost::shared_ptr<Child> child_ptr; class Child { public: Child() { cout << "Child ..." << endl; } ~Child() { cout << "~Child ..." << endl; } parent_ptr parent_; }; class Parent { public: Parent() { cout << "Parent ..." << endl; } ~Parent() { cout << "~Parent ..." << endl; } child_ptr child_; }; int main(void) { parent_ptr parent(new Parent); child_ptr child(new Child); parent->child_ = child; child->parent_ = parent; return 0; } |
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namespace boost
{ template<typename T> class weak_ptr { public: template <typename Y> weak_ptr(const shared_ptr<Y> &r); weak_ptr(const weak_ptr &r); template<class Y> weak_ptr &operator=( weak_ptr<Y> && r ); template<class Y> weak_ptr &operator=(shared_ptr<Y> const &r); ~weak_ptr(); bool expired() const; shared_ptr<T> lock() const; }; } |
&& is
new in C++11, and it signifies that the function accepts an RValue-Reference --
that is, a reference to an argument that is about
to be destroyed.
兩個常用的功能函數：expired()用於檢測所管理的對象是否已經釋放；lock()用於獲取所管理的對象的強引用智能指針。
強引用與弱引用：
強引用，只要有一個引用存在，對象就不能釋放
弱引用，並不增加對象的引用計數（實際上是不增加use_count_， 會增加weak_count_）；但它能知道對象是否存在
通過weak_ptr訪問對象的成員的時候，要提升爲shared_ptr
如果存在，提升爲shared_ptr(強引用）成功
如果不存在，提升失敗
對於上述的例子，只需要將Parent 類裏面的成員定義改爲如下，即可解決循環引用問題：
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class Parent
{ public: boost::weak_ptr<parent> child_; }; |
因爲此例子涉及到循環引用，而且是類成員引用着另一個類，涉及到兩種智能指針，跟蹤起來難度很大，我也沒什麼心情像分析
shared_ptr 一樣畫多個圖來解釋流程，這個例子需要解釋的代碼遠遠比shared_ptr 多，這裏只是解釋怎樣使用，有興趣的朋友自
己去分析一下。
下面再舉個例子說明lock() 和 expired() 函數的用法：
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#include <boost/shared_ptr.hpp>
#include <boost/weak_ptr.hpp> #include <boost/scoped_array.hpp> #include <boost/scoped_ptr.hpp> #include <iostream> using namespace std; class X { public: X() { cout << "X ..." << endl; } ~X() { cout << "~X ..." << endl; } void Fun() { cout << "Fun ..." << endl; } }; int main(void) { boost::weak_ptr<X> p; boost::shared_ptr<X> p3; { boost::shared_ptr<X> p2(new X); cout << p2.use_count() << endl; p = p2; cout << p2.use_count() << endl; /*boost::shared_ptr<X> */ p3 = p.lock(); cout << p3.use_count() << endl; if (!p3) cout << "object is destroyed" << endl; else p3->Fun(); } /*boost::shared_ptr<X> p4 = p.lock(); if (!p4) cout<<"object is destroyed"<<endl; else p4->Fun();*/ if (p.expired()) cout << "object is destroyed" << endl; else cout << "object is alived" << endl; return 0; } |
從輸出可以看出，當p = p2; 時並未增加use_count_，所以p2.use_count() 還是返回1，而從p 提升爲 p3，增加了
use_count_， p3.use_count() 返回2；出了大括號，p2 被析構，use_count_ 減爲1，程序末尾結束，p3 被析構，
use_count_ 減爲0，X 就被析構了。
參考 ：
C++ primer 第四版
Effective C++ 3rd
C++編程規範
http://www.cnblogs.com/TianFang/