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C++11 unique_ptr智能指针详解

在《C++11 shared_ptr智能指针》的基础上,本节继续讲解 C++11 标准提供的另一种智能指针,即 unique_ptr 智能指针。

作为智能指针的一种,unique_ptr 指针自然也具备“在适当时机自动释放堆内存空间”的能力。和 shared_ptr 指针最大的不同之处在于,unique_ptr 指针指向的堆内存无法同其它 unique_ptr 共享,也就是说,每个 unique_ptr 指针都独自拥有对其所指堆内存空间的所有权。

这也就意味着,每个 unique_ptr 指针指向的堆内存空间的引用计数,都只能为 1,一旦该 unique_ptr 指针放弃对所指堆内存空间的所有权,则该空间会被立即释放回收。

unique_ptr 智能指针是以模板类的形式提供的,unique_ptr<T>(T 为指针所指数据的类型)定义在<memory>头文件,并位于 std 命名空间中。因此,要想使用 unique_ptr 类型指针,程序中应首先包含如下 2 条语句:
#include <memory>
using namespace std;

第 2 句并不是必须的,可以不添加,则后续在使用 unique_ptr 指针时,必须标注std::

unique_ptr智能指针的创建

考虑到不同实际场景的需要,unique_ptr<T> 模板类提供了多个实用的构造函数,这里给读者列举了几种常用的构造 unique_ptr 智能指针的方式。

1) 通过以下  2 种方式,可以创建出空的 unique_ptr 指针:
std::unique_ptr<int> p1();
std::unique_ptr<int> p2(nullptr);

2) 创建 unique_ptr 指针的同时,也可以明确其指向。例如:
std::unique_ptr<int> p3(new int);
由此就创建出了一个 p3 智能指针,其指向的是可容纳 1 个整数的堆存储空间。

和可以用 make_shared<T>() 模板函数初始化 shared_ptr 指针不同,C++11 标准中并没有为 unique_ptr 类型指针添加类似的模板函数。


3) 基于 unique_ptr 类型指针不共享各自拥有的堆内存,因此 C++11 标准中的 unique_ptr 模板类没有提供拷贝构造函数,只提供了移动构造函数。例如:
std::unique_ptr<int> p4(new int);
std::unique_ptr<int> p5(p4);//错误,堆内存不共享
std::unique_ptr<int> p5(std::move(p4));//正确,调用移动构造函数
值得一提的是,对于调用移动构造函数的 p4 和 p5 来说,p5 将获取 p4 所指堆空间的所有权,而 p4 将变成空指针(nullptr)。

4) 默认情况下,unique_ptr 指针采用 std::default_delete<T> 方法释放堆内存。当然,我们也可以自定义符合实际场景的释放规则。值得一提的是,和 shared_ptr 指针不同,为 unique_ptr 自定义释放规则,只能采用函数对象的方式。例如:
//自定义的释放规则
struct myDel
{
    void operator()(int *p) {
        delete p;
    }
};
std::unique_ptr<int, myDel> p6(new int);
//std::unique_ptr<int, myDel> p6(new int, myDel());

unique_ptr<T>模板类提供的成员方法

为了方便用户使用 unique_ptr 智能指针,unique_ptr<T> 模板类还提供有一些实用的成员方法,它们各自的功能如表 1 所示。

表 1 unique_ptr指针可调用的成员函数
成员函数名 功 能
operator*() 获取当前 unique_ptr 指针指向的数据。
operator->() 重载 -> 号,当智能指针指向的数据类型为自定义的结构体时,通过 -> 运算符可以获取其内部的指定成员。
operator =() 重载了 = 赋值号,从而可以将 nullptr 或者一个右值 unique_ptr 指针直接赋值给当前同类型的 unique_ptr 指针。
operator []() 重载了 [] 运算符,当 unique_ptr 指针指向一个数组时,可以直接通过 [] 获取指定下标位置处的数据。
get() 获取当前 unique_ptr 指针内部包含的普通指针。
get_deleter() 获取当前 unique_ptr 指针释放堆内存空间所用的规则。
operator bool() unique_ptr 指针可直接作为 if 语句的判断条件,以判断该指针是否为空,如果为空,则为 false;反之为 true。
release() 释放当前 unique_ptr 指针对所指堆内存的所有权,但该存储空间并不会被销毁。
reset(p) 其中 p 表示一个普通指针,如果 p 为 nullptr,则当前 unique_ptr 也变成空指针;反之,则该函数会释放当前 unique_ptr 指针指向的堆内存(如果有),然后获取 p 所指堆内存的所有权(p 为 nullptr)。
swap(x) 交换当前 unique_ptr 指针和同类型的 x 指针。

除此之外,C++11标准还支持同类型的 unique_ptr 指针之间,以及 unique_ptr 和 nullptr 之间,做 ==,!=,<,<=,>,>= 运算。


下面程序给大家演示了 unique_ptr 智能指针的基本用法,以及该模板类提供了一些成员方法的用法:
#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;

int main()
{
    std::unique_ptr<int> p5(new int);
    *p5 = 10;
    // p 接收 p5 释放的堆内存
    int * p = p5.release();
    cout << *p << endl;
    //判断 p5 是否为空指针
    if (p5) {
        cout << "p5 is not nullptr" << endl;
    }
    else {
        cout << "p5 is nullptr" << endl;
    }

    std::unique_ptr<int> p6;
    //p6 获取 p 的所有权
    p6.reset(p);
    cout << *p6 << endl;;
    return 0;
}
程序执行结果为:

10
p5 is nullptr
10

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