C++智能指針：unique_ptr

1、智能指針概念

智能指針是基於RAII機制實現的類(模板)，具有指針的行爲(重載了operator*與operator->操作符)，可以“智能”地銷燬其所指對象。C++11中有unique_ptr、shared_ptr與weak_ptr等智能指針，可以對動態資源進行管理

2、unique_ptr的基本操

unique_ptr“唯一”擁有其所指對象，同一時刻只能有一個unique_ptr指向給定對象（通過禁止拷貝語義、只有移動語義來實現）。

unique_ptr指針本身的生命週期：從unique_ptr指針創建時開始，直到離開作用域。離開作用域時，若其指向對象，則將其所指對象銷燬(默認使用delete操作符，用戶可指定其他操作)。

unique_ptr指針與其所指對象的關係：在智能指針生命週期內，可以改變智能指針所指對象，如創建智能指針時通過構造函數指定、通過reset方法重新指定、通過release方法釋放所有權、通過移動語義轉移所有權。

3、 unique_ptr的基本操作

//智能指針的創建
unique_ptr<int> u_i; //創建<span style="font-family:Arial,Helvetica,sans-serif">“</span><span style="font-family:Arial,Helvetica,sans-serif">空智能指針”</span>
u_i.reset(new int(3)); //"綁定”動態對象
unique_ptr<int> u_i2(new int(4));//創建時指定動態對象
//所有權的變化
int *p_i = u_i2.release(); //釋放所有權
unique_ptr<string> u_s(new string("abc"));
unique_ptr<string> u_s2 = std::move(u_s); //所有權轉移(通過移動語義)，u_s所有權轉移後，變成“空指針”
u_s2=nullptr;//顯式銷燬所指對象，同時智能指針變爲空指針。與u_s2.reset()等價

4、unique_ptr的使用場景

(1) 動態資源的異常安全保證(利用其RAII特性)：

void foo()
{//不安全的代碼
    X *px = new X;
    // do something, exception may occurs
    delete px; // may not go here
}

void foo()
{//異常安全的代碼。無論是否異常發生，只要px指針成功創建，其析構函數都會被調用，確保動態資源被釋放
    unique_ptr<X> px(new X);
    // do something,
}

(2) 返回函數內創建的動態資源

unique_ptr<X> foo()
{
    unique_ptr<X> px(new X);
    // do something
    return px; //移動語義
}

(3) 可放在容器中(彌補了auto_ptr不能作爲容器元素的缺點)

方式一：

vector<unique_ptr<string>> vs { new string{“Doug”}, new string{“Adams”} };

方式二：

vector<unique_ptr<string>>v;
unique_ptr<string> p1(new string("abc"));
v.push_back(std::move(p1));//這裏需要顯式的移動語義，因爲unique_ptr並無copy語義

(4) 管理動態數組，因爲unique_ptr有unique_ptr<X[]>重載版本，銷燬動態對象時調用delete[]

unique_ptr<int[]> p (new int[3]{1,2,3});
p[0] = 0;// 重載了operator[]

5、自定義資源刪除操作(Deleter):

unique_ptr默認的資源刪除操作是delete/delete[]，若需要，可以進行自定義：

void end_connection(connection *p) { disconnect(*p); } //資源清理函數
unique_ptr<connection, decltype(end_connection)*> //資源清理器的“類型”
        p(&c, end_connection);// 傳入函數名，會自動轉換爲函數指針

6 auto_ptr與unique_ptr

在C++11環境下，auto_ptr被看做“遺留的”，他們有如下區別：

auto_ptr有拷貝語義，拷貝後源對象變得無效；unique_ptr則無拷貝語義，但提供了移動語義

auto_ptr不可作爲容器元素，unique_ptr可以作爲容器元素

auto_ptr不可指向動態數組(儘管不會報錯，但不會表現出正確行爲)，unique_ptr可以指向動態數組