深入学习C++智能指针之shared_ptr与右值引用的方法

本文将介绍C++中的智能指针shared_ptr和右值引用的概念及其用法，其中注意点将在示例中一并说明。

shared_ptr

shared_ptr是C++11中的智能指针，用于管理动态分配内存的生命周期。shared_ptr采用引用计数的机制，每个shared_ptr都能访问同一块内存，当最后一个指向该内存的shared_ptr被销毁时，内存就会被释放。使用shared_ptr能够有效地避免内存泄漏。

shared_ptr的创建

shared_ptr的创建可以通过直接赋值或者make_shared函数来实现。

直接赋值方式

//示例1：
//普通指针的创建
int *p = new int(10);
//shared_ptr的创建
shared_ptr<int> sp(p);

shared_ptr<int>用于指定shared_ptr的类型，sp是shared_ptr的对象名，p是普通指针的名称。当sp析构时，它会自动释放p所指向的内存。

make_shared函数

make_shared函数能够更加方便地创建shared_ptr。

//示例2：
auto sp1 = make_shared<int>(10); //等同于shared_ptr<int> sp(new int(10))
auto sp2 = make_shared<string>("hello"); //等同于shared_ptr<string> sp(new string("hello"))

make_shared函数可以更加简明地创建shared_ptr，类型名和内存分配都通过参数确定。

shared_ptr的使用

shared_ptr的使用方法和常规指针类似，可以通过解引用符号*和箭头符号->来访问存储在shared_ptr中的对象。

//示例3：
auto sp1 = make_shared<int>(10);
auto sp2 = sp1;
cout << *sp1 << " " << *sp2 << endl; //输出：10 10
*sp1 = 20;
cout << *sp1 << " " << *sp2 << endl; //输出：20 20

示例中，sp2也指向了sp1所指向的内存，所以*sp1和*sp2的值相同，当对*sp1赋值后，两个指针所指向的值均发生了变化。

shared_ptr的注意点

在使用shared_ptr的过程中，需要注意以下几点。

避免循环引用

循环引用是指两个或者多个对象之间相互引用，这种情况常常会导致内存泄漏。使用shared_ptr的时候，尤其要注意避免循环引用造成的问题。

//示例4：
struct B;
struct A
{
  shared_ptr<B> m_Bptr;
  ~A() {cout << "A deleted" << endl;}
};

struct B
{
  shared_ptr<A> m_Aptr;
  ~B() {cout << "B deleted" << endl;}
};

void Test()
{
  shared_ptr<A> a(new A);
  shared_ptr<B> b(new B);
  a->m_Bptr = b; //A实例持有B实例的shared_ptr 
  b->m_Aptr = a; //B实例持有A实例的shared_ptr
}

在示例4中，A类和B类相互持有对方的shared_ptr，在函数结束时，由于相互持有，导致shared_ptr引用计数不为0，出现内存泄漏的问题。这种情况可以通过使用weak_ptr等方式来避免。

非空判断

在使用shared_ptr的时候，需要对其进行非空判断，以避免使用空指针造成程序崩溃的问题。

//示例5：
void Test(shared_ptr<int> sp)
{
  if(sp) //对shared_ptr进行非空判断
  {
    cout << *sp << endl;
  }
}

int main()
{
  shared_ptr<int> sp;
  Test(sp);
  return 0;
}

在示例5中，如果sp为null，则直接忽略某些逻辑，以避免空指针的使用。

右值引用

右值引用是与左值引用对应的概念，右值指的是表达式传递给函数的临时变量或者和常量，通过右值引用，可以将右值直接绑定到函数中，从而避免复制和引用操作。

右值引用的创建

右值引用使用语法为：类型名&& 变量名。

//示例6：
void Func(int&& value)
{
  cout << value << endl;
}

int main()
{
  int a = 10;
  Func(a + 3); //将表达式a+3作为右值直接传递给函数Func
  return 0;
}

在示例6中，a + 3是一个临时变量，通过右值引用，可以将其直接传递给函数Func，以避免复制。在函数中，需要使用std::move来转移右值引用，避免出现悬垂指针的问题。

右值引用的注意点

在使用右值引用时，需要注意以下几点。

不能返回局部变量的引用

右值引用不能返回指向局部变量的指针或者引用，因为局部变量的生命周期与函数调用结束时一致。

//示例7：
int&& Func()
{
  int value = 10;
  return std::move(value); //error: 对 'value' 做右值引用不能将 'value' 作为 'int&&' 的初始值
}

int main()
{
  int&& a = Func();
  cout << a << endl;
  return 0;
}

在示例7中，Func函数返回一个指向局部变量value的右值引用，在返回时value已被销毁，导致悬垂指针的问题。

左值和右值的区别

在使用右值引用时，需要正确地区分左值和右值，以免出现不必要的问题。

//示例8：
void Func(int& value) //对左值参考
{
  cout << "左值" << endl;
}

void Func(int&& value) //对右值引用
{
  cout << "右值" << endl;
}

int main()
{
  int a = 10;
  Func(a); //输出“左值”
  Func(10); //输出“右值”
  return 0;
}

在示例8中，对左值的引用和对右值的引用都是合法的，需要根据实际情况选择正确的引用方式。

总结

本文介绍了C++11中的智能指针shared_ptr和右值引用，包括它们的创建和使用方法，以及需要注意的细节。通过学习本文，可以更加清晰地理解这些概念，并能够灵活应用到实际编程中。