智能指針

一、實驗目的

●熟悉智能指針

●對智能指針進行設計和實現

二、實驗實驗環境： 在windows系統下用c++編寫

三、實驗內容

1. 對智能指針進行設計

2. 對智能指針進行實現

四、實驗前的分析

由於 C++ 語言沒有自動內存回收機制，程序員每次 new 出來的內存都要手動 delete。程序員忘記 delete，流程太複雜，最終導致沒有 delete，異常導致程序過早退出，沒有執行 delete 的情況並不罕見。對於編譯器來說，智能指針實際上是一個棧對象，並非指針類型，在棧對象生命期即將結束時，智能指針通過析構函數釋放有它管理的堆內存。所有智能指針都重載了“operator->”操作符，直接返回對象的引用，用以操作對象。訪問智能指針原來的方法則使用“.”操作符。 訪問智能指針包含的裸指針則可以用 get() 函數。由於智能指針是一個對象，所以if (my_smart_object)永遠爲真，要判斷智能指針的裸指針是否爲空，需要這樣判斷：if (my_smart_object.get())。智能指針包含了 reset() 方法，如果不傳遞參數（或者傳遞 NULL），則智能指針會釋放當前管理的內存。如果傳遞一個對象，則智能指針會釋放當前對象，來管理新傳入的對象。 智能指針(smart pointer)是存儲指向動態分配（堆）對象指針的類，用於生存期控制，能夠確保自動正確的銷燬動態分配的對象，防止內存泄露。它的一種通用實現技術是使用引用計數(reference count)。智能指針類將一個計數器與類指向的對象相關聯，引用計數跟蹤該類有多少個對象共享同一指針。每次創建類的新對象時，初始化指針並將引用計數置爲1；當對象作爲另一對象的副本而創建時，拷貝構造函數拷貝指針並增加與之相應的引用計數；對一個對象進行賦值時，賦值操作符減少左操作數所指對象的引用計數（如果引用計數爲減至0，則刪除對象），並增加右操作數所指對象的引用計數；調用析構函數時，構造函數減少引用計數（如果引用計數減至0，則刪除基礎對象）。 智能指針就是模擬指針動作的類。所有的智能指針都會重載 -> 和 * 操作符。智能指針還有許多其他功能，比較有用的是自動銷燬。這主要是利用棧對象的有限作用域以及臨時對象（有限作用域實現）析構函數釋放內存。當然，智能指針還不止這些，還包括複製時可以修改源對象等。智能指針根據需求不同，設計也不同（寫時複製，賦值即釋放對象擁有權限、引用計數等，控制權轉移等）。

五、實驗步驟

1.建立一個名爲smartpoint.cpp文件

2.定義僅由smartcount類使用的smartpoint類，用於封裝使用計數和相關指針

class smartpoint
{
    int *ip;
    int P_use;
    smartpoint(int *p) : ip(p) , P_use(1)//初始化指針並將引用計數置爲1
    {
       cout << "smartpoint constructor spoke !" << endl;
    }
    ~smartpoint()//定義析構函數
    {
       delete ip;
       cout << "smartpoint distructor spoke !" << endl;
    }
    friend class smartcount;// 將smartcount類設置爲友元，使其成員可以訪問smartpoint的成員
};

定義smartcount類用於訪問smartpoint類

class smartcount
{
public:
   smartcount(int *p, int i) :st_conut (new smartpoint(p)) , val(i)// 構造函數：p是指向已經動態創建的int對象指針
    {
        cout << "smartcount constructor spoke ! " << "p_use = " <<st_conut->P_use << endl;
    }

    smartcount(const smartcount& orig) : st_conut(orig.st_conut) , val(orig.val)// 複製構造函數：複製成員並將使用計數加1
    {
       ++st_conut->P_use;
       cout << "smartcount copy constructor spoke ! " << "P_use = " << st_conut->P_use << endl;
    }

    smartcount& operator=(const smartcount&);// 賦值操作符
    ~smartcount()// 析構函數：如果計數爲0，則刪除smartpoint對象
    {
      cout << "smartcount distructor spoke ! " << "p_use = " << st_conut->P_use << endl;
        if (--st_conut->P_use == 0)
          delete st_conut;
    }


private:
    smartpoint *st_conut;   //指向使用計數類smartpoint
    int val;
};

注：代碼有參考網絡資源

保存進行運行

六、實驗小結及問題分析

    （1）不管指針成員。複製時只複製指針，不復制指針指向的對象。當其中一個指針把其指向的對象的空間釋放後，其它指針都成了懸浮指針。這是一種極端

    （2）當複製的時候，即複製指針，也複製指針指向的對象。這樣可能造成空間的浪費。因爲指針指向的對象的複製不一定是必要的。

   （3） 第三種就是一種折中的方式。利用一個輔助類來管理指針的複製。原來的類中有一個指針指向輔助類，輔助類的數據成員是一個計數器和一個指針（指向原來的）（此爲本次智能指針實現方式）。

    總之智能指針(smart pointer)是存儲指向動態分配（堆）對象指針的類，用於生存期控制，能夠確保自動正確的銷燬動態分配的對象，防止內存泄露。