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嵌入式学习中C++的指针如何实现?

发布：嵌入式培训
来源：嵌入式ARM
时间：2019-12-13 14:35
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C++程序运行时，计算机内存从大类上分为栈和堆，在栈上的内存是由系统自动分配和回收的，而堆上的内存却是由程序员手动申请和释放的，如果程序员在内存的管理上出现失误，轻则程序运行结果与预期有差距，重则程序直接崩溃。

栈和堆内存回收区别

栈内存上的变量在过了作用域(大括号)后系统会自动回收，而堆内存则不会。

class MyClass

{

public:

MyClass(){cout<<"start"<<endl;}

~MyClass(){cout<<"end"<<endl;}

};

void main(){

{

MyClass c; //输出start和end

}

{

MyClass* c_p = new MyClass(); //仅输出start

}

delete c_p ;//输出end

system("pause");

}

从上面的代码运行结果可知，堆内存必须手动delete掉，所以new和delete必须成对存在。但是若是，在new和delete中间有其他业务逻辑并且有可能抛出异常，导致程序执行路径不按规划走就可能导致内存泄露，那么有没有更好的方式呢?能够将指针管理的内存也自动释放呢?

智能指针

为了更加容易(更加安全)的使用动态内存，C++引入了智能指针。智能指针的功能类似常规指针，重要的区别是它负责自动释放所指向的对象。C++定义了两种智能指针：shared_ptr允许多个指针指向同一个对象，unique_ptr则“独占”所指向的对象。标准库还定义了一种名为weak_ptr的伴随类，它是一种弱引用，指向shared_ptr所管理的对象，这三种智能指针都定义在memory头文件中。今天就从智能指针的原理上来理解它，掌握它。

template <class T>

class SmartPtr

{

public:

SmartPtr(T* ptr):_ptr(ptr){cout<<"smart start"<<endl;}

~SmartPtr(){cout<<"smart end"<<endl;delete _ptr;}

T& operator* ()

{

return *_ptr ;

} T* operator->() { return _ptr; }

private: T* _ptr;

};

实现原理很简单，利用C++的泛型编程，也就是模板，将指针的管理权限移交，智能指针可以说相当于管家一样。

通过构造函数SmartPtr(T* ptr):_ptr(ptr){}，将目标指针管理的内存移交给私有成员_ptr。但是要SmartPtr具有普通指针的功能就需要其实现“*”和“->”两个运算符的功能;“*”号，为对指针取值，返回指针所管理的对象，而在SmartPtr类中因为重载了“*”运算符，此时*p会return *_ptr 。又由于ptr已经赋值给_ptr，所以*ptr和*_ptr结果一样，自然*p就和*ptr一样的结果。

测试一下：

定义一个Mycalss类，给定一个成员变量a;

class MyClass

{

public:

MyClass(){cout<<"start"<<endl;}

~MyClass(){cout<<"end"<<endl;}

int a ;

private:

};

在main中运行如下代码：

{

MyClass* p_myclass = new MyClass ;

SmartPtr<MyClass>p(p_myclass); p->a = 100 ;

cout<<p_myclass->a<<endl;

printf("%x\n",p_myclass);

printf("%x\n",p);

(*p).a = 200 ;

cout<<p_myclass->a<<endl;

}

运行结果是：

startsmart

start

100

1f89e8

200

smart end

end

结果可以看到，在出了作用域(大括号)后，MyClass的析构函数也被调用了。并且p_myclass和SmartPtr的私有成员_ptr管理着同一片内存，当p超过作用域后，会调用SmartPtr的析构函数，自动delete掉_ptr管理的内存，也就是p_myclass管理的内存;

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