智能指针

一、实验目的

●熟悉智能指针

●对智能指针进行设计和实现

二、实验实验环境： 在windows系统下用c++编写

三、实验内容

1. 对智能指针进行设计

2. 对智能指针进行实现

四、实验前的分析

由于 C++ 语言没有自动内存回收机制，程序员每次 new 出来的内存都要手动 delete。程序员忘记 delete，流程太复杂，最终导致没有 delete，异常导致程序过早退出，没有执行 delete 的情况并不罕见。对于编译器来说，智能指针实际上是一个栈对象，并非指针类型，在栈对象生命期即将结束时，智能指针通过析构函数释放有它管理的堆内存。所有智能指针都重载了“operator->”操作符，直接返回对象的引用，用以操作对象。访问智能指针原来的方法则使用“.”操作符。 访问智能指针包含的裸指针则可以用 get() 函数。由于智能指针是一个对象，所以if (my_smart_object)永远为真，要判断智能指针的裸指针是否为空，需要这样判断：if (my_smart_object.get())。智能指针包含了 reset() 方法，如果不传递参数（或者传递 NULL），则智能指针会释放当前管理的内存。如果传递一个对象，则智能指针会释放当前对象，来管理新传入的对象。 智能指针(smart pointer)是存储指向动态分配（堆）对象指针的类，用于生存期控制，能够确保自动正确的销毁动态分配的对象，防止内存泄露。它的一种通用实现技术是使用引用计数(reference count)。智能指针类将一个计数器与类指向的对象相关联，引用计数跟踪该类有多少个对象共享同一指针。每次创建类的新对象时，初始化指针并将引用计数置为1；当对象作为另一对象的副本而创建时，拷贝构造函数拷贝指针并增加与之相应的引用计数；对一个对象进行赋值时，赋值操作符减少左操作数所指对象的引用计数（如果引用计数为减至0，则删除对象），并增加右操作数所指对象的引用计数；调用析构函数时，构造函数减少引用计数（如果引用计数减至0，则删除基础对象）。 智能指针就是模拟指针动作的类。所有的智能指针都会重载 -> 和 * 操作符。智能指针还有许多其他功能，比较有用的是自动销毁。这主要是利用栈对象的有限作用域以及临时对象（有限作用域实现）析构函数释放内存。当然，智能指针还不止这些，还包括复制时可以修改源对象等。智能指针根据需求不同，设计也不同（写时复制，赋值即释放对象拥有权限、引用计数等，控制权转移等）。

五、实验步骤

 

1.建立一个名为smartpoint.cpp文件

2.定义仅由smartcount类使用的smartpoint类，用于封装使用计数和相关指针

 

class smartpoint
{
    int *ip;
    int P_use;
    smartpoint(int *p) : ip(p) , P_use(1)//初始化指针并将引用计数置为1
    {
       cout << "smartpoint constructor spoke !" << endl;
    }
    ~smartpoint()//定义析构函数
    {
       delete ip;
       cout << "smartpoint distructor spoke !" << endl;
    }
    friend class smartcount;// 将smartcount类设置为友元，使其成员可以访问smartpoint的成员
};

 

定义smartcount类用于访问smartpoint类

 

class smartcount
{
public:
   smartcount(int *p, int i) :st_conut (new smartpoint(p)) , val(i)// 构造函数：p是指向已经动态创建的int对象指针
    {
        cout << "smartcount constructor spoke ! " << "p_use = " <<st_conut->P_use << endl;
    }

    smartcount(const smartcount& orig) : st_conut(orig.st_conut) , val(orig.val)// 复制构造函数：复制成员并将使用计数加1
    {
       ++st_conut->P_use;
       cout << "smartcount copy constructor spoke ! " << "P_use = " << st_conut->P_use << endl;
    }

    smartcount& operator=(const smartcount&);// 赋值操作符
    ~smartcount()// 析构函数：如果计数为0，则删除smartpoint对象
    {
      cout << "smartcount distructor spoke ! " << "p_use = " << st_conut->P_use << endl;
        if (--st_conut->P_use == 0)
          delete st_conut;
    }


private:
    smartpoint *st_conut;   //指向使用计数类smartpoint
    int val;
};

注：代码有参考网络资源

保存进行运行

 

六、实验小结及问题分析

    （1）不管指针成员。复制时只复制指针，不复制指针指向的对象。当其中一个指针把其指向的对象的空间释放后，其它指针都成了悬浮指针。这是一种极端

    （2）当复制的时候，即复制指针，也复制指针指向的对象。这样可能造成空间的浪费。因为指针指向的对象的复制不一定是必要的。

   （3） 第三种就是一种折中的方式。利用一个辅助类来管理指针的复制。原来的类中有一个指针指向辅助类，辅助类的数据成员是一个计数器和一个指针（指向原来的）（此为本次智能指针实现方式）。

    总之智能指针(smart pointer)是存储指向动态分配（堆）对象指针的类，用于生存期控制，能够确保自动正确的销毁动态分配的对象，防止内存泄露。