Что такое умный указатель и когда я должен его использовать?

Что такое умный указатель и когда я должен его использовать?

Источник

14 ответов

Решение

Интеллектуальный указатель - это класс, который оборачивает "сырой" (или "голый") указатель C++ для управления временем жизни объекта, на который указывает указатель. Не существует единого интеллектуального типа указателя, но все они пытаются абстрагировать необработанный указатель практическим способом.

Умные указатели должны быть предпочтительнее сырых указателей. Если вы чувствуете, что вам нужно использовать указатели (сначала подумайте, действительно ли вы это делаете), вы, как правило, захотите использовать умный указатель, поскольку это может облегчить многие проблемы с необработанными указателями, в основном забывая удалить объект и потеряв память.

С необработанными указателями программист должен явно уничтожить объект, когда он больше не нужен.

// Need to create the object to achieve some goal
MyObject* ptr = new MyObject(); 
ptr->DoSomething(); // Use the object in some way
delete ptr; // Destroy the object. Done with it.
// Wait, what if DoSomething() raises an exception...?

Интеллектуальный указатель для сравнения определяет политику, когда объект уничтожается. Вам все еще нужно создать объект, но вам больше не нужно беспокоиться об его уничтожении.

SomeSmartPtr<MyObject> ptr(new MyObject());
ptr->DoSomething(); // Use the object in some way.

// Destruction of the object happens, depending 
// on the policy the smart pointer class uses.

// Destruction would happen even if DoSomething() 
// raises an exception

Простейшая используемая политика включает в себя область действия объекта-оболочки интеллектуального указателя, например, реализованную boost::scoped_ptr или же std::unique_ptr,

void f()
{
    {
       boost::scoped_ptr<MyObject> ptr(new MyObject());
       ptr->DoSomethingUseful();
    } // boost::scopted_ptr goes out of scope -- 
      // the MyObject is automatically destroyed.

    // ptr->Oops(); // Compile error: "ptr" not defined
                    // since it is no longer in scope.
}

Обратите внимание, что scoped_ptr экземпляры не могут быть скопированы. Это предотвращает многократное удаление указателя (неправильно). Однако вы можете передавать ссылки на него другим функциям, которые вы вызываете.

Указатели на области видимости полезны, когда вы хотите связать время жизни объекта с конкретным блоком кода или, если вы встроили его как данные элемента в другой объект, время жизни этого другого объекта. Объект существует до тех пор, пока не будет завершен содержащий блок кода или пока сам содержащий объект не будет уничтожен.

Более сложная политика интеллектуальных указателей включает подсчет ссылок в указателе. Это позволяет копировать указатель. Когда последняя "ссылка" на объект уничтожается, объект удаляется. Эта политика осуществляется boost::shared_ptr а также std::shared_ptr,

void f()
{
    typedef std::shared_ptr<MyObject> MyObjectPtr; // nice short alias
    MyObjectPtr p1; // Empty

    {
        MyObjectPtr p2(new MyObject());
        // There is now one "reference" to the created object
        p1 = p2; // Copy the pointer.
        // There are now two references to the object.
    } // p2 is destroyed, leaving one reference to the object.
} // p1 is destroyed, leaving a reference count of zero. 
  // The object is deleted.

Указатели с подсчетом ссылок очень полезны, когда время жизни вашего объекта намного сложнее и не привязано напрямую к определенному разделу кода или другому объекту.

У указателей с подсчетом ссылок есть один недостаток - возможность создания зависшей ссылки:

// Create the smart pointer on the heap
MyObjectPtr* pp = new MyObjectPtr(new MyObject())
// Hmm, we forgot to destroy the smart pointer,
// because of that, the object is never destroyed!

Другая возможность - создание циклических ссылок:

struct Owner {
   boost::shared_ptr<Owner> other;
};

boost::shared_ptr<Owner> p1 (new Owner());
boost::shared_ptr<Owner> p2 (new Owner());
p1->other = p2; // p1 references p2
p2->other = p1; // p2 references p1

// Oops, the reference count of of p1 and p2 never goes to zero!
// The objects are never destroyed!

Чтобы обойти эту проблему, Boost и C++11 определили weak_ptr определить слабую (неучтенную) ссылку на shared_ptr,

ОБНОВИТЬ

Этот ответ довольно старый, и поэтому описывает то, что было "хорошо" в то время, то есть умные указатели, предоставляемые библиотекой Boost. Начиная с C++11, стандартная библиотека предоставляла достаточно умных указателей типов, и поэтому вы должны отдавать предпочтение использованию std::unique_ptr, std::shared_ptr а также std::weak_ptr,

Существует также std::auto_ptr, Он очень похож на указатель с ограничением, за исключением того, что он также обладает "особой" опасной способностью копироваться, что также неожиданно передает право собственности! Это устарело в новейших стандартах, поэтому вы не должны его использовать. Использовать std::unique_ptr вместо.

std::auto_ptr<MyObject> p1 (new MyObject());
std::auto_ptr<MyObject> p2 = p1; // Copy and transfer ownership. 
                                 // p1 gets set to empty!
p2->DoSomething(); // Works.
p1->DoSomething(); // Oh oh. Hopefully raises some NULL pointer exception.
Источник

Вот простой ответ на эти дни современного C++:

  • Что такое умный указатель?
    Это тип, значения которого могут использоваться как указатели, но который предоставляет дополнительную функцию автоматического управления памятью: когда интеллектуальный указатель больше не используется, память, на которую он указывает, освобождается (см. Также более подробное определение в Википедии).
  • Когда я должен использовать один?
    В коде, который включает отслеживание владения частью памяти, выделение или удаление; умный указатель часто избавляет вас от необходимости делать это явно.
  • Но какой умный указатель я должен использовать, в каком из этих случаев?
    • использование std::unique_ptr когда вы не собираетесь хранить несколько ссылок на один и тот же объект. Например, используйте его для указателя на память, которая выделяется при входе в какую-либо область и освобождается при выходе из области.
    • использование std::shared_ptr когда вы хотите обратиться к своему объекту из нескольких мест - и не хотите, чтобы он был отменен, пока все эти ссылки сами не исчезнут.
    • использование std::weak_ptr когда вы хотите ссылаться на ваш объект из нескольких мест - для тех ссылок, для которых нормально игнорировать и освобождать (поэтому они просто заметят, что объект исчез, когда вы попытаетесь разыменовать).
    • Не используйте boost:: умные указатели или std::auto_ptr за исключением особых случаев, о которых вы можете прочитать, если нужно.
  • Эй, я не спрашивал, какой использовать!
    Ах, но вы действительно хотели, признать это.
  • Так когда же мне использовать обычные указатели?
    В основном в коде, который не обращает внимания на владение памятью. Обычно это происходит в функциях, которые получают указатель из другого места и не выделяют, не выделяют и не хранят копию указателя, которая превышает их выполнение.
Источник

Интеллектуальный указатель - это тип, похожий на указатель, с некоторыми дополнительными функциями, такими как автоматическое освобождение памяти, подсчет ссылок и т. Д.

Небольшое вступление доступно на странице Smart Pointers - Что, Почему, Что?,

Один из простых типов смарт-указателей std::auto_ptr (глава 20.4.5 стандарта C++), которая позволяет автоматически освобождать память, когда она выходит из области видимости, и является более надежной, чем простое использование указателя, когда генерируются исключения, хотя и менее гибкая.

Еще один удобный тип boost::shared_ptr который реализует подсчет ссылок и автоматически освобождает память, когда не осталось ссылок на объект. Это помогает избежать утечек памяти и прост в использовании для реализации RAII.

Тема более подробно освещена в книге Дэвида Вандевурде "Николай М. Хосуттис", глава 20 "Умные указатели " "Шаблоны C++: полное руководство". Некоторые темы:

Источник

Определения, предоставленные Крисом, Сергдевом и Ллёдом, верны. Я предпочитаю более простое определение, просто чтобы сохранить мою жизнь простой: умный указатель - это просто класс, который перегружает -> а также * операторы. Это означает, что ваш объект семантически выглядит как указатель, но вы можете сделать так, чтобы он делал более крутые вещи, включая подсчет ссылок, автоматическое уничтожение и т. Д.shared_ptr а также auto_ptr достаточно в большинстве случаев, но приходят с собственным набором небольших особенностей.

Источник

Интеллектуальный указатель подобен обычному (типизированному) указателю, например "char*", за исключением случаев, когда сам указатель выходит из области видимости, а затем удаляется то, на что он указывает. Вы можете использовать его, как обычный указатель, используя "->", но не тогда, когда вам нужен фактический указатель на данные. Для этого вы можете использовать "&*ptr".

Это полезно для:

  • Объекты, которые должны быть выделены с новым, но вы хотели бы иметь то же время жизни, что и в этом стеке. Если объект назначен интеллектуальному указателю, он будет удален, когда программа выйдет из этой функции / блока.

  • Данные-члены классов, так что при удалении объекта удаляются также все принадлежащие ему данные, без какого-либо специального кода в деструкторе (вам необходимо убедиться, что деструктор является виртуальным, что почти всегда полезно),

Вы можете не использовать умный указатель, когда:

  • ... указатель на самом деле не должен владеть данными... то есть, когда вы просто используете данные, но вы хотите, чтобы он пережил функцию, на которую вы ссылаетесь.
  • ... умный указатель сам по себе не будет уничтожен в какой-то момент. Вы не хотите, чтобы он находился в памяти, которая никогда не будет уничтожена (например, в объекте, который динамически размещается, но не будет явно удален).
  • ... два умных указателя могут указывать на одни и те же данные. (Однако, есть даже более умные указатели, которые справятся с этим... это называется подсчетом ссылок.)

Смотрите также:

Источник

Интеллектуальный указатель - это объект, который действует как указатель, но дополнительно обеспечивает контроль над созданием, уничтожением, копированием, перемещением и разыменованием.

Можно реализовать собственный интеллектуальный указатель, но многие библиотеки также предоставляют реализации интеллектуальных указателей, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки.

Например, Boost предоставляет следующие реализации интеллектуальных указателей:

  • shared_ptr<T> это указатель на T используя счетчик ссылок, чтобы определить, когда объект больше не нужен.
  • scoped_ptr<T> указатель автоматически удаляется, когда он выходит из области видимости Нет назначения невозможно.
  • intrusive_ptr<T> другой указатель подсчета ссылок Это обеспечивает лучшую производительность, чем shared_ptr, но требует тип T обеспечить свой собственный механизм подсчета ссылок.
  • weak_ptr<T> слабый указатель, работающий в сочетании с shared_ptr избегать круговых ссылок.
  • shared_array<T> как shared_ptr, но для массивов T,
  • scoped_array<T> как scoped_ptr, но для массивов T,

Это всего лишь одно линейное описание каждого из них и может использоваться по мере необходимости, для получения дополнительной информации и примеров можно посмотреть документацию Boost.

Кроме того, стандартная библиотека C++ предоставляет три умных указателя; std::unique_ptr для уникальной собственности, std::shared_ptr для совместного владения и std::weak_ptr, std::auto_ptr существовал в C++03, но сейчас устарел.

Источник

Большинство интеллектуальных указателей обрабатывают указатель на объект для вас. Это очень удобно, потому что вам больше не нужно думать об утилизации предметов вручную.

Наиболее часто используемые умные указатели std::tr1::shared_ptr (или же boost::shared_ptr) и реже std::auto_ptr, Я рекомендую регулярное использование shared_ptr,

shared_ptr очень универсален и имеет дело с большим разнообразием сценариев удаления, включая случаи, когда объекты должны быть "переданы через границы DLL" (обычный кошмарный случай, если отличается libcs используются между вашим кодом и DLL).

Источник

Вот ссылка для похожих ответов: http://sickprogrammersarea.blogspot.in/2014/03/technical-interview-questions-on-c_6.html

Умный указатель - это объект, который действует, выглядит и ощущается как обычный указатель, но предлагает больше функциональных возможностей. В C++ интеллектуальные указатели реализованы в виде шаблонных классов, которые инкапсулируют указатель и переопределяют стандартные операторы указателя. У них есть ряд преимуществ перед обычными указателями. Они гарантированно инициализируются как нулевые указатели или указатели на объект кучи. Направление через нулевой указатель проверяется. Удаление не требуется. Объекты автоматически освобождаются, когда последний указатель на них исчезает. Одна значительная проблема с этими умными указателями состоит в том, что в отличие от обычных указателей, они не уважают наследование. Умные указатели непривлекательны для полиморфного кода. Ниже приведен пример реализации умных указателей.

Пример:

template <class X>
class smart_pointer
{
          public:
               smart_pointer();                          // makes a null pointer
               smart_pointer(const X& x)            // makes pointer to copy of x

               X& operator *( );
               const X& operator*( ) const;
               X* operator->() const;

               smart_pointer(const smart_pointer <X> &);
               const smart_pointer <X> & operator =(const smart_pointer<X>&);
               ~smart_pointer();
          private:
               //...
};

Этот класс реализует умный указатель на объект типа X. Сам объект находится в куче. Вот как это использовать:

smart_pointer <employee> p= employee("Harris",1333);

Как и другие перегруженные операторы, p будет вести себя как обычный указатель,

cout<<*p;
p->raise_salary(0.5);
Источник

Пусть T будет классом в этом уроке. Указатели на C++ можно разделить на 3 типа:

1) Сырые указатели:

T a;  
T * _ptr = &a;

Они хранят адрес памяти в ячейке памяти. Используйте с осторожностью, так как программы становятся сложными для отслеживания.

Указатели с постоянными данными или адресом { Read backwards }

T a ; 
const T * ptr1 = &a ; 
T const * ptr1 = &a ;

Указатель на тип данных T, который является константой. Это означает, что вы не можете изменить тип данных с помощью указателя. т.е. *ptr1 = 19; не будет работать. Но вы можете перемещать указатель. т.е. ptr1++ , ptr1--; и т. д. будет работать. Читать назад: указатель на тип T, который является постоянным

  T * const ptr2 ;

Постоянный указатель на тип данных T . Это означает, что вы не можете перемещать указатель, но вы можете изменить значение, на которое указывает указатель. т.е. *ptr2 = 19 будет работать но ptr2++ ; ptr2-- и т.д. не будет работать. Читайте задом наперед: постоянный указатель на тип T

const T * const ptr3 ;

Постоянный указатель на постоянный тип данных T . Это означает, что вы не можете ни переместить указатель, ни изменить указатель типа данных на указатель. то есть ptr3-- ; ptr3++ ; *ptr3 = 19; не будет работать

3) Умные указатели: { #include <memory> }

Общий указатель:

  T a ; 
     //shared_ptr<T> shptr(new T) ; not recommended but works 
     shared_ptr<T> shptr = make_shared<T>(); // faster + exception safe

     std::cout << shptr.use_count() ; // 1 //  gives the number of " 
things " pointing to it. 
     T * temp = shptr.get(); // gives a pointer to object

     // shared_pointer used like a regular pointer to call member functions
      shptr->memFn();
     (*shptr).memFn(); 

    //
     shptr.reset() ; // frees the object pointed to be the ptr 
     shptr = nullptr ; // frees the object 
     shptr = make_shared<T>() ; // frees the original object and points to new object

Реализовано с использованием подсчета ссылок для отслеживания количества "вещей", указывающих на объект, на который указывает указатель. Когда этот счетчик становится равным 0, объект автоматически удаляется, то есть объект возражения удаляется, когда все share_ptr, указывающие на объект, выходят из области видимости. Это избавляет от головной боли необходимости удалять объекты, которые вы выделили с помощью new.

Weak Pointer: Помогает справиться с циклической ссылкой, которая возникает при использовании Shared Pointer. Если у вас есть два объекта, на которые указывают два общих указателя, и есть внутренний общий указатель, указывающий на общий указатель каждого другого, тогда будет циклическая ссылка, и объект не будет быть удаленным, когда общие указатели выходят из области видимости Чтобы решить эту проблему, измените внутренний член с shared_ptr на weak_ptr. Примечание. Чтобы получить доступ к элементу, на который указывает слабый указатель, используйте lock(), это возвращает слабый_птр.

T a ; 
shared_ptr<T> shr = make_shared<T>() ; 
weak_ptr<T> wk = shr ; // initialize a weak_ptr from a shared_ptr 
wk.lock()->memFn() ; // use lock to get a shared_ptr 
//   ^^^ Can lead to exception if the shared ptr has gone out of scope
if(!wk.expired()) wk.lock()->memFn() ;
// Check if shared ptr has gone out of scope before access

Смотрите: Когда полезен std::weak_ptr?

Уникальный указатель: легкий вес умный указатель с исключительным владением. Используется, когда указатель указывает на уникальные объекты, не разделяя объекты между указателями.

unique_ptr<T> uptr(new T);
uptr->memFn(); 

//T * ptr = uptr.release(); // uptr becomes null and object is pointed to by ptr
uptr.reset() ; // deletes the object pointed to by uptr

Чтобы изменить объект, на который указывает уникальный ptr, используйте семантику перемещения

unique_ptr<T> uptr1(new T);
unique_ptr<T> uptr2(new T);
uptr2 = std::move(uptr1); 
// object pointed by uptr2 is deleted and 
// object pointed by uptr1 is pointed to by uptr2
// uptr1 becomes null

Ссылки: по сути, они могут быть как константные указатели, то есть указатели, которые являются константными и не могут быть перемещены с лучшим синтаксисом.

Смотрите: Каковы различия между переменной-указателем и ссылочной переменной в C++?

r-value reference : reference to a temporary object   
l-value reference : reference to an object whose address can be obtained
const reference : reference to a data type which is const and cannot be modified

Ссылка: https://www.youtube.com/channel/UCEOGtxYTB6vo6MQ-WQ9W_nQ Спасибо Андре за то, что он указал на этот вопрос.

Источник

http://en.wikipedia.org/wiki/Smart_pointer

В компьютерных науках интеллектуальный указатель - это абстрактный тип данных, который имитирует указатель, предоставляя при этом дополнительные функции, такие как автоматический сбор мусора или проверка границ. Эти дополнительные функции предназначены для уменьшения ошибок, вызванных неправильным использованием указателей при сохранении эффективности. Умные указатели обычно отслеживают объекты, которые на них указывают, с целью управления памятью. Неправильное использование указателей является основным источником ошибок: постоянное распределение, освобождение и ссылки, которые должны выполняться программой, написанной с использованием указателей, очень вероятно, что произойдут некоторые утечки памяти. Умные указатели пытаются предотвратить утечки памяти, делая автоматическое освобождение ресурсов: когда указатель на объект (или последний в ряду указателей) уничтожается, например, из-за того, что он выходит из области видимости, указанный объект также уничтожается.

Источник

Умный указатель - это класс, оболочка обычного указателя. В отличие от обычных указателей, жизненный цикл интеллектуальной точки основан на подсчете ссылок (сколько раз назначается объект интеллектуального указателя). Поэтому, когда умный указатель назначается другому, внутренний счетчик ссылок плюс плюс. И всякий раз, когда объект выходит из области видимости, счетчик ссылок минус минус.

Автоматический указатель, хотя выглядит похожим, полностью отличается от интеллектуального указателя. Это удобный класс, который освобождает ресурс всякий раз, когда объект автоматического указателя выходит из области видимости переменной. В некоторой степени это делает указатель (на динамически выделенную память) похожим на переменную стека (статически размещаемую во время компиляции).

Источник

Что такое умный указатель.

Длинная версия, в принципе:

https://web.stanford.edu/class/archive/cs/cs106l/cs106l.1192/lectures/lecture15/15_RAII.pdf

Современная идиома C++:

RAII: Resource Acquisition Is Initialization.

● When you initialize an object, it should already have 
  acquired any resources it needs (in the constructor).


● When an object goes out of scope, it should release every 
  resource it is using (using the destructor).

ключевой момент:

● There should never be a half-ready or half-dead object.
● When an object is created, it should be in a ready state.
● When an object goes out of scope, it should release its resources. 
● The user shouldn’t have to do anything more.

Необработанные указатели нарушают RAII: пользователю необходимо удалить вручную, когда указатели выходят за пределы области видимости.

Решение RAII:

Have a smart pointer class:
● Allocates the memory when initialized
● Frees the memory when destructor is called
● Allows access to underlying pointer

Для умного указателя нужно скопировать и поделиться, используйте shared_ptr:

● use another memory to store Reference counting and shared.
● increment when copy, decrement when destructor.
● delete memory when Reference counting is 0. 
  also delete memory that store Reference counting.

если умный указатель не владеет необработанным указателем, используйте weak_ptr:

● not change Reference counting.

shared_ptr использование:

correct way:
std::shared_ptr<T> t1 = std::make_shared<T>(TArgs);
std::shared_ptr<T> t2 = std::shared_ptr<T>(new T(Targs));

wrong way:
T* pt = new T(TArgs); // never exposure the raw pointer
shared_ptr<T> t1 = shared_ptr<T>(pt);
shared_ptr<T> t2 = shared_ptr<T>(pt);

Всегда избегайте использования необработанного указателя.

Для сценария, в котором необходимо использовать необработанный указатель:

/questions/8472358/ispolzovanie-neumnyih-ukazatelej-v-sovremennom-c/8472368#8472368

Для необработанного указателя, который не равен nullptr, используйте ссылку.

not use T*
use T&

Для дополнительной ссылки, которая может быть nullptr, используйте необработанный указатель, что означает:

T* pt; is optional reference and maybe nullptr.
Not own the raw pointer, 
Raw pointer is managed by some one else.
I only know that the caller is sure it is not released now.
Источник

Существующие ответы хороши, но не охватывают, что делать, если умный указатель не является (полным) ответом на проблему, которую вы пытаетесь решить.

Среди прочего (хорошо объяснено в других ответах) использование интеллектуального указателя является возможным решением вопроса. Как использовать абстрактный класс в качестве возвращаемого типа функции? который был отмечен как дубликат этого вопроса. Тем не менее, первый вопрос, который нужно задать, если возникает желание указать абстрактный (или фактически любой) базовый класс в качестве возвращаемого типа в C++, это "что вы на самом деле имеете в виду?". В документации библиотеки контейнера указателей надстроек есть хорошее обсуждение (с дальнейшими ссылками) идиоматического объектно-ориентированного программирования на C++ (и как оно отличается от других языков). Таким образом, в C++ вы должны думать о владении. Какие умные указатели помогают вам, но не являются единственным решением или всегда полным решением (они не дают вам полиморфную копию) и не всегда являются решением, которое вы хотите показать в своем интерфейсе (а возвращаемая функция звучит ужасно очень похоже на интерфейс). Например, может быть достаточно вернуть ссылку. Но во всех этих случаях (умный указатель, контейнер указателя или просто возвращение ссылки) вы изменили возвращаемое значение с какой-либо формы ссылки. Если вам действительно нужна копия, вам может потребоваться добавить больше шаблонной "идиомы" или перейти от идиоматического (или иного) ООП в C++ к более общему полиморфизму с использованием таких библиотек, как Adobe Poly или Boost.TypeErasure.

Источник

Интеллектуальные указатели - это те, где вам не нужно беспокоиться о выделении памяти, распределении ресурсов и передаче.

Вы можете очень хорошо использовать эти указатели аналогично тому, как любое распределение работает в Java. В java сборщик мусора делает трюк, в то время как в умных указателях трюк делают деструкторы.

Источник

Я хотел бы добавить еще один пункт к вышеупомянутому вопросу, умный указатель std::shared_ptr не имеет оператора подписки и не поддерживает арифметику понтеров, мы можем использовать get() для получения встроенного указателя.

Источник
Другие вопросы по тегам