引言

在 C++ 中，智能指針是一種非常重要的概念，它能夠幫助我們自動管理動態(tài)分配的內存，避免出現(xiàn)內存泄漏等問題。在上一篇文章中，我們了解了智能指針的基本概念和原理，本篇文章將繼續(xù)介紹 auto_ptr 和 unique_ptr 兩種智能指針的概念及其在 C++ 中的模擬實現(xiàn)。通過學習這些內容，您將更好地理解智能指針的不同類型和使用場景，進一步提高程序的安全性和可靠性。讓我們一起探索C++智能指針的精彩世界！

一、std::auto_ptr

??std::auto_ptr官方文檔

1. 簡介

std::auto_ptr 是 C++ 標準庫中提供的一種智能指針類型，用于管理動態(tài)分配的內存資源。

std::auto_ptr 的主要特點是擁有所有權語義的轉移。當一個 auto_ptr 對象擁有某個內存資源時，它可以將這個所有權轉移給另一個 auto_ptr 對象。這意味著當一個 auto_ptr 對象被賦值給另一個 auto_ptr 對象或者被傳遞給一個函數(shù)時，原來的 auto_ptr 對象將不再擁有該資源，而是轉移到了新的對象上。

std::auto_ptr 類的定義在 <memory> 頭文件中。使用 auto_ptr 需要包含該頭文件，并使用 std 命名空間。

2. 使用示例

?我們可以使用 auto_ptr 來管理動態(tài)分配的整型對象：

#include <iostream>
#include <memory>

int main() {
    std::auto_ptr<int> ptr(new int(42));
    
    std::cout << *ptr << std::endl;  // 輸出：42
    
    std::auto_ptr<int> ptr2 = ptr;  // 所有權轉移
    
    std::cout << *ptr2 << std::endl;  // 輸出：42
    // std::cout << *ptr << std::endl;  // 錯誤！ptr 不再擁有資源

    return 0;
}

????注意：當一個 auto_ptr 對象轉移所有權后，原來的對象將變?yōu)橐粋€空指針。這可能導致程序出現(xiàn)意外的行為，因此需要謹慎使用。此外，std::auto_ptr 并不支持數(shù)組類型的內存資源管理，它只適用于單個對象。如果需要管理動態(tài)分配的數(shù)組，應該使用其他智能指針類型，如 std::unique_ptr 或 std::shared_ptr。

總之，std::auto_ptr 是 C++ 標準庫中提供的一種智能指針類型，具有所有權轉移的特性。然而，由于其存在一些潛在的問題，已經在 C++17 中被廢棄，推薦使用更先進的智能指針類型來代替。

3. C++模擬實現(xiàn)

template<class T>
class auto_ptr
{
public:
    // 構造函數(shù)，接受一個指向動態(tài)分配的資源的指針
    auto_ptr(T* ptr)
        : _ptr(ptr)
    {}

    // 析構函數(shù)，在對象銷毀時釋放資源
    ~auto_ptr()
    {
        if (_ptr)
        {
            cout << "delete:" << _ptr << endl;
            delete _ptr;
        }
    }

    // 拷貝構造函數(shù)，用于管理權轉移
    auto_ptr(auto_ptr<T>& ap)
        : _ptr(ap._ptr)
    {
        ap._ptr = nullptr;
    }

    // 解引用操作符，返回所管理資源的引用
    T& operator*()
    {
        return *_ptr;
    }

    // 成員訪問操作符，返回所管理資源的指針
    T* operator->()
    {
        return _ptr;
    }
private:
    T* _ptr;  // 指向動態(tài)分配的資源的指針
};

這段代碼是一個簡化版的 auto_ptr 類的實現(xiàn)，用于演示 auto_ptr 的基本工作原理。它是一個模板類，可以管理任意類型的動態(tài)分配的內存資源。

?該類包含了以下成員函數(shù)和成員變量：

• 構造函數(shù)：接受一個指向動態(tài)分配的資源的指針，并將其存儲在私有成員變量 _ptr 中。
• 析構函數(shù)：在對象銷毀時釋放資源，即調用 delete 操作符刪除 _ptr 指向的內存。
• 拷貝構造函數(shù)：用于管理權轉移，將另一個 auto_ptr 對象的資源轉移到當前對象中，并將原對象的指針置為空。
• operator*：用于解引用 auto_ptr 對象，返回所管理資源的引用。
• operator->：用于訪問 auto_ptr 所管理資源的成員。

????再次提醒：當一個 auto_ptr 對象轉移所有權后，原來的對象將變?yōu)橐粋€空指針。這可能導致程序出現(xiàn)意外的行為，因此需要謹慎使用。

二、std::unique_ptr

??std::unique_ptr官方文檔

1. 簡介

std::unique_ptr 是 C++11 中引入的一種智能指針，它是一個輕量級的、不可拷貝的指針類型。與傳統(tǒng)的裸指針不同，std::unique_ptr 通過 RAII 的方式來管理動態(tài)分配的內存資源，從而實現(xiàn)自動資源釋放和防止內存泄漏。

使用 std::unique_ptr 可以避免手動管理動態(tài)分配的內存資源，因為 std::unique_ptr 自身就擁有資源的所有權，當 std::unique_ptr 被銷毀時，它所管理的資源也會被自動釋放。這使得代碼更加簡潔、安全和易于維護。

std::unique_ptr 有以下幾個主要特點：

1. 不支持拷貝和賦值操作，即不能直接復制或賦值一個 std::unique_ptr 對象，只能通過移動語義或者 std::move 函數(shù)來轉移資源的所有權；
2. 在默認情況下，std::unique_ptr 使用 delete 操作符來釋放所管理的資源，但也可以通過自定義刪除器來實現(xiàn)對資源的自定義釋放操作；
3. 支持使用 lambda 表達式來實現(xiàn)自定義刪除器，從而更加靈活地管理資源。

2. 使用示例

下面是一個簡單的示例，演示了 std::unique_ptr 的基本使用方法：

#include <iostream>
#include <memory>

int main()
{
    // 使用 std::unique_ptr 來管理動態(tài)分配的 int 類型對象
    std::unique_ptr<int> uptr(new int(42));

    // 解引用操作符，返回所管理資源的引用
    std::cout << *uptr << std::endl;

    // 成員訪問操作符，返回所管理資源的指針
    int* p = uptr.get();
    std::cout << *p << std::endl;

    // 試圖復制或賦值 unique_ptr 對象會編譯錯誤
    // std::unique_ptr<int> uptr2 = uptr; // Error

    // 轉移資源所有權
    std::unique_ptr<int> uptr2 = std::move(uptr);
    std::cout << *uptr2 << std::endl;

    return 0;
}

?輸出結果為：

42
42
42

????注意：由于 std::unique_ptr 是一個模板類，可以管理任意類型的動態(tài)分配的內存資源，因此使用時需要顯式指定模板參數(shù)。另外，對于數(shù)組的動態(tài)分配內存資源的管理，建議使用 std::unique_ptr 的數(shù)組版本 std::unique_ptr<T[]>。

3. C++模擬實現(xiàn)

template<class T>
class unique_ptr
{
public:
    // 構造函數(shù)，接受一個裸指針作為參數(shù)
    unique_ptr(T* ptr)
        :_ptr(ptr)
    {}

    // 析構函數(shù)，釋放資源
    ~unique_ptr()
    {
        if (_ptr)
        {
            cout << "delete:" << _ptr << endl;
            delete _ptr;
        }
    }

    // 重載解引用操作符，返回資源的引用
    T& operator*()
    {
        return *_ptr;
    }

    // 重載成員訪問操作符，返回資源的指針
    T* operator->()
    {
        return _ptr;
    }

    // 防止拷貝和賦值
    // C++11思路：直接將拷貝構造函數(shù)和賦值運算符聲明為刪除函數(shù)
    unique_ptr(const unique_ptr<T>& up) = delete;
    unique_ptr<T>& operator=(const unique_ptr<T>& up) = delete;

    // 防止拷貝和賦值
    // C++98思路：只聲明不實現(xiàn)，但是用的人可能會在外部強行定義，所以再加一條，聲明為私有
    // private:
    // unique_ptr(const unique_ptr<T>& up);
    // unique_ptr<T>& operator=(const unique_ptr<T>& up);

private:
    T* _ptr;
};

??這段代碼實現(xiàn)了一個簡化版的 unique_ptr 類，具有管理動態(tài)資源的能力，并防止了拷貝和賦值操作。注釋中詳細解釋了每個函數(shù)的作用和實現(xiàn)原理，以及兩種防止拷貝和賦值的方式（C++11 和 C++98 思路）。

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文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-804154.html

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