1. 为什么须要智能指针?
下面我们先分析一下下面这段步调有没有什么内存方面的题目?提示一下:留意分析MergeSort函数中的题目。- int div()
- {
- int a, b;
- cin >> a >> b;
- if (b == 0)
- throw invalid_argument("除0错误");
- return a / b;
- }
- void Func()
- {
- // 1、如果p1这里new 抛异常会如何?
- // 2、如果p2这里new 抛异常会如何?
- // 3、如果div调用这里又会抛异常会如何?
- int* p1 = new int;
- int* p2 = new int;
- cout << div() << endl;
- delete p1;
- delete p2;
- }
- int main()
- {
- try
- {
- Func();
- }
- catch (exception& e)
- {
- cout << e.what() << endl;
- }
- return 0;
- }
复制代码
- 假如p1这里new 抛非常会怎样?
在 C++ 中,假如 new 使用符无法分配内存,它会抛出一个 std::bad_alloc 非常。假如 new int 对 p1 的分配失败并抛出非常,那么 p1 不会被乐成分配。这个非常会被通报到 Func 的调用者,也就是 main 函数。
由于 p1 没有乐成分配,以是 p2 也不会被分配,div() 也不会被调用。非常会被 main 函数中的 catch 块捕捉,非常信息会被打印出来。
- 假如p2这里new 抛非常会怎样?
假如 p2 的分配失败,std::bad_alloc 非常将会被抛出。在这种情况下,p1 已经被分配了(假如 p1 的分配乐成的话)。但是,由于 p2 的 new int 使用失败,Func 函数会因非常而提前退出。delete p1 语句不会被实验,由于非常克制了正常的步调流程到达那一点。步调会跳转到 main 函数中的 catch 块来处置惩罚非常。
- 假如div调用这里又会抛非常会怎样?
假如 div() 抛出非常,步调的控制流程会被停止。效果是:
delete p1 和 delete p2 语句不会被实验,由于非常克制了正常的步调流程。
非常会被通报回 main 函数。main 函数中的 catch 块会捕捉非常并打印错误信息。
2. 内存走漏
2.1 什么是内存走漏,内存走漏的危害
什么是内存走漏:内存走漏指由于疏忽或错误造成步调未能开释已经不再使用的内存的情况。内存走漏并不是指内存在物理上的消散,而是应用步调分配某段内存后,由于筹划错误,失去了对该段内存的控制,因而造成了内存的浪费。
内存走漏的危害:恒久运行的步调出现内存走漏,影响很大,如使用体系、背景服务等等,出现
内存走漏会导致相应越来越慢,终极卡死。- void MemoryLeaks()
- {
- // 1.内存申请了忘记释放
- int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
- int* p2 = new int;
- // 2.异常安全问题
- int* p3 = new int[10];
- Func(); // 这里Func函数抛异常导致 delete[] p3未执行,p3没被释放.
- delete[] p3;
- }
复制代码 2.2 内存走漏分类(相识)
C/C++步调中一样平常我们关心两种方面的内存走漏:
- 堆内存走漏(Heap leak)
堆内存指的是步调实验中依据须要分配通过malloc / calloc / realloc / new等从堆中分配的一块内存,用完后必须通过调用相应的 free大概delete 删掉。假设步调的筹划错误导致这部门内存没有被开释,那么以后这部门空间将无法再被使用,就会产生Heap Leak。
- 体系资源走漏
指步调使用体系分配的资源,比方套接字、文件形貌符、管道等没有使用对应的函数开释掉,导致体系资源的浪费,严峻可导致体系效能镌汰,体系实验不稳固
2.3 怎样检测内存走漏(相识)
在linux下内存走漏检测:linux下几款内存走漏检测工具
在windows下使用第三方工具:VLD工具阐明
其他工具:内存走漏工具比力
2.4怎样克制内存走漏
- 工程前期精良的筹划规范,养成精良的编码规范,申请的内存空间记取匹配的去开释。ps:这个抱负状态。但是假如碰上非常时,就算留意开释了,照旧大概会出题目。须要下一条智能指针来管理才有包管。
- 采取RAII头脑大概智能指针来管理资源。
- 有些公司内部规范使用内部实现的私有内存管理库。这套库自带内存走漏检测的功能选项。
- 出题目了使用内存走漏工具检测。ps:不外许多工具都不敷靠谱,大概收费昂贵。
总结一下:
内存走漏非常常见,办理方案分为两种:1、事前防备型。如智能指针等。2、事后查错型。如泄
漏检测工具。
3.智能指针的使用及原理
3.1 RAII
RAII(Resource Acquisition Is Initialization)是一种使用对象生命周期来控制步调资源(如内存、文件句柄、网络毗连、互斥量等等)的简朴技能。
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,末了在对象析构的时间开释资源。
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。这种做法有两大长处:
- 不须要显式地开释资源。
- 采取这种方式,对象所需的资源在其生命期内始终保持有效
- //// RAII
- // 使用RAII思想设计的SmartPtr类
- template<class T>
- class SmartPtr
- {
- public:
- // 构造
- SmartPtr(T*ptr=nullptr)
- :_ptr(ptr)
- {}
- // 析构
- ~SmartPtr()
- {
- delete[] _ptr;// 释放数组空间
- cout << "delete:" << _ptr << endl;
- }
- // 获得原生地址
- T* get()
- {
- return _ptr;
- }
- // * 解引用
- T& operator*()
- {
- return *_ptr;
- }
- // -> 解引用
- T* operator->()
- {
- return _ptr;
- }
- // []
- T& operator[](size_t i)
- {
- return _ptr[i];
- }
- private:
- T* _ptr;
- };
- double Division(int a, int b)
- {
- if (b == 0)
- throw invalid_argument("除0错误");
- return a / b;
- }
- // 15:55继续
- void Func()
- {
- SmartPtr<int> sp1(new int[10]);
- SmartPtr<int> sp2(new int[20]);
- int len, time;
- cin >> len >> time;
- cout << Division(len, time) << endl;
- }
- int main()
- {
- SmartPtr<int> sp1(new int[10]);
- try
- {
- Func();
- }
- catch (const exception& e)
- {
- cout << e.what() << endl;
- }
- catch (...)
- {
- cout << "未知异常" << endl;
- }
- return 0;
- }
复制代码 无论是正常布局照旧,抛非常出作用域都会主动开释,这可以掩护在new的时间抛非常等情况。
但是这种布局也会导致题目存在,请看下面的代码- int main()
- {
- SmartPtr<int> sp1(new int[10]);
- SmartPtr<int> sp2(sp1);
- int* p1 = new int[10];
- int* p2 = p1;
- return 0;
- }
复制代码 由于采取默认拷贝构造,sp1和sp2都会指向同一份空间,终极运行完步调时,会导致同一份空间析构两次。
为相识决这种题目,我们引入了智能指针的其他情势。
3.2 智能指针的原理
总结一下智能指针的原理:
- RAII特性
- 重载operator*和opertaor->,具有像指针一样的活动。
- 智能指针包罗的头文件是memory
3.3 std::auto_ptr
C++98版本的库中就提供了auto_ptr的智能指针。下面演示的auto_ptr的使用及题目。
auto_ptr的实现原理:管理权转移的头脑,下面简化模拟实现了一份bit::auto_ptr来相识它的原
理- // C++98 管理权转移 auto_ptr
- namespace bit
- {
- template<class T>
- class auto_ptr
- {
- public:
- auto_ptr(T* ptr)
- :_ptr(ptr)
- {}
- auto_ptr(auto_ptr<T>& sp)
- :_ptr(sp._ptr)
- {
- // 管理权转移
- sp._ptr = nullptr;
- }
- auto_ptr<T>& operator=(auto_ptr<T>& ap)
- {
- // 检测是否为自己给自己赋值
- if (this != &ap)
- {
- // 释放当前对象中资源
- if (_ptr)
- delete _ptr;
- // 转移ap中资源到当前对象中
- _ptr = ap._ptr;
- ap._ptr = NULL;
- }
- return *this;
- }
- ~auto_ptr()
- {
- if (_ptr)
- {
- cout << "delete:" << _ptr << endl;
- delete _ptr;
- }
- }
- // 像指针一样使用
- T& operator*()
- {
- return *_ptr;
- }
- T* operator->()
- {
- return _ptr;
- }
- private:
- T* _ptr;
- };
- }
- int main()
- {
- auto_ptr<int> sp1(new int(1));
- // C++98 转移管理权,sp1对象悬空
- auto_ptr<int> sp2(sp1);
- *sp1 += 1;
- return 0;
- }
复制代码
拷贝构造时,转移管理权,但是sp1是左值,会导致sp1对象悬空,不发起使用
3.4 std::unique_ptr
C++11中开始提供更靠谱的unique_ptr
unique_ptr的实现原理:简朴粗暴的防拷贝,下面简化模拟实现了一份UniquePtr来相识它的原理- class A
- {
- public:
- /*A(int a1, int a2)
- :_a1(a1)
- , _a2(a2)
- {}*/
- ~A()
- {
- cout << "~A()" << endl;
- }
- //private:
- int _a1 = 1;
- int _a2 = 1;
- };
- int main()
- {
- // new[]对象会自动调用delete[],A[]相当于创建数组的对象
- unique_ptr<A[]> sp1(new A[10]);
- //unique_ptr<A> sp2(sp1);// 不能进行拷贝
- A* p = sp1.get();
- cout << p << endl;
- return 0;
- }
复制代码 不支持拷贝,没有风险,发起使用
支持operator bool
3.5 std::shared_ptr
3.5.1 shared_ptr的熟悉
C++11中开始提供更靠谱的而且支持拷贝的shared_ptr
shared_ptr的原理:是通过引用计数的方式来实现多个shared_ptr对象之间共享资源。
- shared_ptr在其内部,给每个资源都维护了着一份计数,用来记录该份资源被几个对象共享。
- 在对象被烧毁时(也就是析构函数调用),就阐明自己不使用该资源了,对象的引用计数减一。
- 假如引用计数是0,就阐明自己是末了一个使用该资源的对象,必须开释该资源;
- 假如不是0,就阐明除了自己尚有其他对象在使用该份资源,不能开释该资源,否则其他对象就成野指针了。
3.5.2 std::shared_ptr的线程安全题目
通过下面的步调我们来测试shared_ptr的线程安全题目。须要留意的是shared_ptr的线程安全分为两方面:
- 智能指针对象中引用计数是多个智能指针对象共享的,两个线程中智能指针的引用计数同时++或–,这个使用不是原子的,引用计数原来是1,++了两次,大概照旧2.如许引用计数就繁芜了。会导致资源未开释大概步调瓦解的题目。以是智能指针中引用计数++、–是须要加锁的,也就是说引用计数的使用是线程安全的。
- 智能指针管理的对象存放在堆上,两个线程中同时去访问,会导致线程安全题目。
在线程中上面也会有缺陷,请看下面步调- // 智能指针对象本身拷贝析构是线程安全的
- // 底层引用计数加减是线程安全的
- // 指向的资源访问不是线程安全的
- void func(lc::shared_ptr<list<int>> sp, int n)
- {
- cout << sp.use_count() << endl;
- for (int i = 0; i < n; i++)
- {
- lc::shared_ptr<list<int>> copy1(sp);
- lc::shared_ptr<list<int>> copy2(sp);
- lc::shared_ptr<list<int>> copy3(sp);
- mtx.lock();
- sp->emplace_back(i);
- mtx.unlock();
- }
- }
- int main()
- {
- lc::shared_ptr<list<int>> sp1(new list<int>);
- cout << sp1.use_count() << endl;
- thread t1(func, sp1, 1000000);
- thread t2(func, sp1, 2000000);
- t1.join();
- t2.join();
- cout << sp1->size() << endl;
- cout << sp1.use_count() << endl;
- return 0;
- }
复制代码
由于多线程运行步调,包管引用计数的线程安全
智能指针对象自己拷贝析构是线程安全的
底层引用计数加减是线程安全的
指向的资源访问不是线程安全的
以是要用原子atomic来办理- namespace lc
- {
- template<class T>
- class shared_ptr
- {
- public:
- // 构造函数
- shared_ptr(T* ptr)
- :_ptr(ptr)
- //, _pcount(new int(1))
- ,_pcount(new atomic<int>(1))
- {}
- // 拷贝构造
- // sp2(sp1)
- shared_ptr(const shared_ptr<T>& sp)
- :_ptr(sp._ptr)
- ,_pcount(sp._pcount)
- {
- // 计数++
- (*_pcount)++;
- }
- // sp1 = sp3
- shared_ptr<T>& operator=(const shared_ptr<T>& sp)
- {
- // 判断是否是两个指向相同资源的指针赋值
- if (_ptr != sp._ptr)
- {
- // 判断是否释放空间
- this->release();
- _ptr = sp._ptr;
- _pcount = sp._pcount;
- // 计数++
- (*_pcount)++;
- }
- return *this;
- }
- // 释放空间
- void release()
- {
- // 判断计数是否为最后一个
- if (--(*_pcount) == 0)
- {
- // 最后一个管理的对象,释放资源
- delete _ptr;
- delete _pcount;
- }
- }
- // 析构函数
- ~shared_ptr()
- {
- release();
- }
- // 返回计数个数
- int use_count()
- {
- return *_pcount;
- }
- // *解引用
- T& operator*()
- {
- return *_ptr;
- }
- // ->解引用
- T* operator->()
- {
- return _ptr;
- }
- private:
- T* _ptr;
- //static int _count;// 静态成员属于整个类,属于所有的成员,当定义多个成员时,会导致问题
- //int* _pcount;// 运用指针,一个资源配对一个计数
- atomic<int>* _pcount;// 采用原子型的对象
- };
-
- }
复制代码 3.5.3 std::shared_ptr的循环引用
- struct ListNode
- {
- int _data;
- shared_ptr<ListNode> _prev;
- shared_ptr<ListNode> _next;
- ~ListNode() { cout << "~ListNode()" << endl; }
- };
- int main()
- {
- shared_ptr<ListNode> node1(new ListNode);
- shared_ptr<ListNode> node2(new ListNode);
- cout << node1.use_count() << endl;
- cout << node2.use_count() << endl;
- node1->_next = node2;
- node2->_prev = node1;
- cout << node1.use_count() << endl;
- cout << node2.use_count() << endl;
- return 0;
- }
复制代码 没有举行析构函数
循环引用分析:
- node1和node2两个智能指针对象指向两个节点,引用计数酿成1,我们不须要手动delete。
- node1的_next指向node2,node2的_prev指向node1,引用计数酿成2。
- node1和node2析构,引用计数减到1,但是_next还指向下一个节点。但是_prev还指向上一个节点。
- 也就是说_next析构了,node2就开释了。
- 也就是说_prev析构了,node1就开释了。
- 但是_next属于node的成员,node1开释了,_next才会析构,而node1由_prev管理,_prev属于node2成员,以是这就叫循环引用,谁也不会开释。
办理方案:在引用计数的场景下,把节点中的_prev和_next改成weak_ptr就可以了
原理就是,node1->_next = node2;和node2->_prev = node1;时weak_ptr的_next和_prev不会增长node1和node2的引用计数。
运用weak_ptr来办理循环引用- struct Node
- {
- /*std::shared_ptr<Node> _next;
- std::shared_ptr<Node> _prev;*/
- std::weak_ptr<Node> _next;
- std::weak_ptr<Node> _prev;
- int _val;
- ~Node()
- {
- cout << "~Node()" << endl;
- }
- };
- int main()
- {
- std::shared_ptr<Node> p1(new Node);
- std::shared_ptr<Node> p2(new Node);
- cout << p1.use_count() << endl;
- cout << p2.use_count() << endl;
- p1->_next = p2;
- p2->_prev = p1;
- cout << p1.use_count() << endl;
- cout << p2.use_count() << endl;
- cout << p1->_next.use_count() << endl;
- cout << p2->_prev.use_count() << endl;
- std::weak_ptr<int> wp1;
- {
- shared_ptr<int> sp2(new int);
- wp1 = sp2;
- cout << wp1.expired() << endl;
- }
- cout << wp1.expired() << endl;
- return 0;
- }
复制代码 weak_ptr中没有没有引用
办理循环引用,不增长引用计数
weak_ptr:不支持RAII,不但独管理资源
3.6 定制删除器
在模拟实现的shared_ptr中,在加上定制删除器,处置惩罚开释差异范例的资源空间- #include<functional>
- class A
- {
- public:
- A(int a1 = 0, int a2 = 0)
- :_a1(a1)
- , _a2(a2)
- {}
- ~A()
- {
- cout << "~A()" << endl;
- }
- private:
- int _a1 = 1;
- int _a2 = 1;
- };
- template<class T>
- struct FreeFunc {
- void operator()(T* ptr)
- {
- cout << "free:" << ptr << endl;
- free(ptr);
- }
- };
- // 定制删除器
- int main()
- {
- //std::shared_ptr<A[]> sp1(new A[10]);
- lc::shared_ptr<A> sp1(new A[10], [](A* ptr) {delete[] ptr; });
- lc::shared_ptr<int> sp2((int*)malloc(4), FreeFunc<int>());
- lc::shared_ptr<FILE> sp3(fopen("test.txt", "w"), [](FILE* ptr) {fclose(ptr); });
- lc::shared_ptr<A> sp4(new A);
- return 0;
- }
复制代码
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