shared_ptr是一個最像指針的”智能指針”,是boost.smart_ptr庫中最有價值、最重要的組成部分,也是最有用的,Boost庫的許多組件–甚至還包括其他一些領域的智能指針都使用了shared_ptr。抱歉,我實在想不出什麼更恰當的詞彙來形容它在軟件開發中的重要性。再強調一遍,shared_ptr非常有價值、非常重要、非常有用。
shared_ptr與scoped_ptr一樣包裝了new操作符在堆上分配的動態對象,但它實現的是引用計數型的智能指針 ,可以被自由地拷貝和賦值,在任意的地方共享它,當沒有代碼使用(引用計數爲0)它時才刪除被包裝的動態分配的對象。shared_ptr也可以安全地放到標準容器中,並彌補了auto_ptr因爲轉移語義而不能把指針作爲STL容器元素的缺陷。
在C++歷史上曾經出現過無數的引用計數型智能指針實現,但沒有一個比得上boost::shared_ptr,在過去、現在和將來,它都是最好的。
shared_ptr的線程安全性
shared_ptr 本身不是 100% 線程安全的。它的引用計數本身是安全且無鎖的,但對象的讀寫則不是,因爲 shared_ptr 有兩個數據成員,讀寫操作不能原子化。根據文檔,shared_ptr 的線程安全級別和內建類型、標準庫容器、string 一樣,即:
- 一個 shared_ptr 實體可被多個線程同時讀取
- 兩個的 shared_ptr 實體可以被兩個線程同時寫入,“析構”算寫操作
- 如果要從多個線程讀寫同一個 shared_ptr 對象,那麼需要加鎖。
shared_ptr用法
shared_ptr<int> sp(new int(10)); //一個指向整數的shared_ptr
assert(sp.unique()); //現在shared_ptr是指針的唯一持有者
shared_ptr<int> sp2 = sp; //第二個shared_ptr,拷貝構造函數
assert(sp == sp2 && sp.use_count() == 2); //兩個shared_ptr相等,指向同一個對象,引用計數爲2
*sp2 = 100; //使用解引用操作符修改被指對象
assert(*sp == 100); //另一個shared_ptr也同時被修改
sp.reset(); //停止shared_ptr的使用
assert(!sp); //sp不再持有任何指針(空指針)
class shared //一個擁有shared_ptr的類
{
private:
shared_ptr<int> p; //shared_ptr成員變量
public:
shared(shared_ptr<int> p_):p(p_){} //構造函數初始化shared_ptr
void print() //輸出shared_ptr的引用計數和指向的值
{ cout << "count:" << p.use_count()
<< "v =" <<*p << endl;
}
};
void print_func(shared_ptr<int> p) //使用shared_ptr作爲函數參數
{
//同樣輸出shared_ptr的引用計數和指向的值
cout << "count:" << p.use_count()
<< " v=" <<*p << endl; }
int main()
{
shared_ptr<int> p(new int(100));
shared s1(p), s2(p); //構造兩個自定義類
s1.print();
s2.print();
*p = 20; //修改shared_ptr所指的值
print_func(p);
s1.print();
}
- 應用於標準容器
有兩種方式可以將shared_ptr應用於標準容器(或者容器適配器等其他容器)。
一種用法是將容器作爲shared_ptr管理的對象,如shared_ptr<list<T> >,使容器可以被安全地共享,用法與普通shared_ptr沒有區別,我們不再討論。
另一種用法是將shared_ptr作爲容器的元素,如vector<shared_ptr<T> >,因爲shared_ptr支持拷貝語義和比較操作,符合標準容器對元素的要求,所以可以實現在容器中安全地容納元素的指針而不是拷貝。
標準容器不能容納auto_ptr,這是C++標準特別規定的(讀者永遠也不要有這種想法)。標準容器也不能容納scoped_ptr,因爲scoped_ptr不能拷貝和賦值。標準容器可以容納原始指針,但這就喪失了容器的許多好處,因爲標準容器無法自動管理類型爲指針的元素,必須編寫額外的大量代碼來保證指針最終被正確刪除,這通常很麻煩很難實現。
存儲shared_ptr的容器與存儲原始指針的容器功能幾乎一樣,但shared_ptr爲程序員做了指針的管理工作,可以任意使用shared_ptr而不用擔心資源泄漏。
#include <boost/make_shared.hpp>
int main()
{
typedef vector<shared_ptr<int> > vs; //一個持有shared_ptr的標準容器類型
vs v(10); //聲明一個擁有10個元素的容器,元素被初始化爲空指針
int i = 0;
for (vs::iterator pos = v.begin(); pos != v.end(); ++pos)
{
(*pos) = make_shared<int>(++i); //使用工廠函數賦值
cout << *(*pos) << ", "; //輸出值
}
cout << endl;
shared_ptr<int> p = v[9];
*p = 100;
cout << *v[9] << endl;
}
這段代碼需要注意的是迭代器和operator[]的用法,因爲容器內存儲的是shared_ptr,我們必須對迭代器pos使用一次解引用操作符以獲得shared_ptr,然後再對shared_ptr使用解引用操作符才能操作真正的值。(*pos)也可以直接寫成**pos,但前者更清晰,後者很容易讓人迷惑。vector的operator[]用法與迭代器類似,也需要使用獲取真正的值。