std::shared_ptr

来自cppreference.com
< cpp‎ | memory
 
 
工具库
类型支持(基本类型、 RTTI 、类型特性)
动态内存管理
错误处理
程序工具
变参数函数
日期和时间
函数对象
(C++11)
关系运算符
optionalanyvariant (C++17)
pair 与 tuple
(C++11)
(C++17)
swap 、 forward 与 move
(C++14)
(C++11)
(C++11)
初等字符串转换
(C++17)
(C++17)
类型运算
(C++11)
(C++17)
 
动态内存管理
 
 
定义于头文件 <memory>
template< class T > class shared_ptr;
(C++11 起)

std::shared_ptr 是通过指针保持对象共享所有权的智能指针。多个 shared_ptr 对象可占有同一对象。下列情况之一出现时销毁对象并解分配其内存:

  • 最后剩下的占有对象的 shared_ptr 被销毁;
  • 最后剩下的占有对象的 shared_ptr 被通过 operator=reset() 赋值为另一指针。

delete 表达式或在构造期间提供给 shared_ptr 的定制删除器销毁对象。

shared_ptr 能在存储指向一个对象的指针时共享另一对象的所有权。此特性能用于在占有其所属对象时,指向成员对象。存储的指针为 get() 、解引用及比较运算符所访问。被管理指针是在 use_count 抵达零时传递给删除器者。

shared_ptr 亦可不占有对象,该情况下称它为空 (empty) (空 shared_ptr 可拥有非空存储指针,若以别名使用构造函数创建它)。

shared_ptr 的所有特化满足可复制构造 (CopyConstructible) 、可复制赋值 (CopyAssignable) 和可比较小于 (LessThanComparable) 的要求并可按语境转换bool

多个线程能在 shared_ptr 的不同实例上调用所有成员函数(包含复制构造函数与复制赋值)而不附加同步,即使这些实例是副本,且共享同一对象的所有权。若多个执行线程访问同一 shared_ptr 而不同步,且任一线程使用 shared_ptr 的非 const 成员函数,则将出现数据竞争;原子函数的 shared_ptr 特化能用于避免数据竞争。

目录

[编辑] 成员类型

成员类型 定义
element_type
T (C++17 前)
std::remove_extent_t<T> (C++17 起)
weak_type (C++17 起) std::weak_ptr<T>

[编辑] 成员函数

构造新的 shared_ptr
(公开成员函数) [编辑]
如果没有更多shared_ptr指向持有的对象,则析构对象
(公开成员函数) [编辑]
shared_ptr赋值
(公开成员函数) [编辑]
修改器
替换所管理的对象
(公开成员函数) [编辑]
交换所管理的对象
(公开成员函数) [编辑]
观察器
返回存储的指针
(公开成员函数) [编辑]
解引用存储的指针
(公开成员函数) [编辑]
提供到被存储数组的带下标访问
(公开成员函数) [编辑]
返回shared_ptr所指对象的引用计数
(公开成员函数) [编辑]
(弃用)
检查所管理对象是否仅由当前 shared_ptr 的实例管理
(公开成员函数) [编辑]
检查是否有关联的管理对象
(公开成员函数) [编辑]
提供基于拥有者的共享指针排序
(公开成员函数) [编辑]

[编辑] 非成员函数

创建管理新对象的共享指针
(函数模板) [编辑]
创建共享指针,管理用分配器分配的新对象
(函数模板) [编辑]
应用 static_castdynamic_castconst_castreinterpret_cast 到被存储指针
(函数模板) [编辑]
返回指定类型的删除器,如果拥有的话
(函数模板) [编辑]
与另一个 shared_ptrnullptr 进行比较
(函数模板) [编辑]
将存储的指针的值输出到输出流
(函数模板) [编辑]
特化 std::swap 算法
(函数模板) [编辑]
特化的原子操作
(函数模板) [编辑]

[编辑] 帮助类

std::shared_ptr 的哈希支持
(类模板特化) [编辑]

[编辑] 推导指引(C++17 起)

[编辑] 注意

只能通过复制构造或复制赋值其值给另一 shared_ptr ,将对象所有权与另一 shared_ptr 共享。用另一 shared_ptr 所占有的底层指针创建新的 shared_ptr 导致未定义行为。

std::shared_ptr 可以用于不完整类型 T 。然而,从裸指针的构造函数( template<class Y> shared_ptr(Y*) )和 template<class Y> void reset(Y*) 成员函数只可以用指向完整类型的指针调用(注意 std::unique_ptr 可以从指向不完整类型的裸指针构造)。

[编辑] 实现说明

在典型的实现中, std::shared_ptr 只保有二个指针:

  • 指向被管理对象的指针
  • 指向控制块的指针

控制块是一个动态分配的对象,其中包含:

  • 指向被管理对象的指针或被管理对象本身
  • 删除器(类型擦除)
  • 分配器(类型擦除)
  • 占有被管理对象的 shared_ptr 的数量
  • 涉及被管理对象的 weak_ptr 的数量

以调用 std::make_sharedstd::allocate_shared 创建 shared_ptr 时,以单次分配创建控制块和被管理对象。被管理对象在控制块的数据成员中原位构造。通过 shared_ptr 构造函数之一创建 shared_ptr 时,被管理对象和控制块必须分离分配。此情况中,控制块存储指向被管理对象的指针。

shared_ptr 持有的指针是通过 get() 返回的;而控制块所持有的指针/对象则是最终引用计数归零时会被删除的那个。两者并不一定相等。

shared_ptr 的析构函数会将控制块中的 shared_ptr 计数器减一,如果减至零,控制块就会调用被管理对象的析构函数。但控制块本身直到 std::weak_ptr 计数器同样归零时才会释放。

实践的实现中,若有指向同一控制块的共享指针,则弱指针数量可自增

为满足线程安全要求,引用计数器典型地用等价于用 std::memory_order_relaxedstd::atomic::fetch_add 自增(自减要求强异常顺序,以安全销毁控制块)。

[编辑] 示例

#include <iostream>
#include <memory>
#include <thread>
#include <chrono>
#include <mutex>
 
struct Base
{
    Base() { std::cout << "  Base::Base()\n"; }
    // 注意:此处非虚析构函数 OK
    ~Base() { std::cout << "  Base::~Base()\n"; }
};
 
struct Derived: public Base
{
    Derived() { std::cout << "  Derived::Derived()\n"; }
    ~Derived() { std::cout << "  Derived::~Derived()\n"; }
};
 
void thr(std::shared_ptr<Base> p)
{
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
    std::shared_ptr<Base> lp = p; // 线程安全,虽然自增共享的 use_count
    {
        static std::mutex io_mutex;
        std::lock_guard<std::mutex> lk(io_mutex);
        std::cout << "local pointer in a thread:\n"
                  << "  lp.get() = " << lp.get()
                  << ", lp.use_count() = " << lp.use_count() << '\n';
    }
}
 
int main()
{
    std::shared_ptr<Base> p = std::make_shared<Derived>();
 
    std::cout << "Created a shared Derived (as a pointer to Base)\n"
              << "  p.get() = " << p.get()
              << ", p.use_count() = " << p.use_count() << '\n';
    std::thread t1(thr, p), t2(thr, p), t3(thr, p);
    p.reset(); // 从 main 释放所有权
    std::cout << "Shared ownership between 3 threads and released\n"
              << "ownership from main:\n"
              << "  p.get() = " << p.get()
              << ", p.use_count() = " << p.use_count() << '\n';
    t1.join(); t2.join(); t3.join();
    std::cout << "All threads completed, the last one deleted Derived\n";
}

可能的输出:

Base::Base()
  Derived::Derived()
Created a shared Derived (as a pointer to Base)
  p.get() = 0xc99028, p.use_count() = 1
Shared ownership between 3 threads and released
ownership from main:
  p.get() = (nil), p.use_count() = 0
local pointer in a thread:
  lp.get() = 0xc99028, lp.use_count() = 3
local pointer in a thread:
  lp.get() = 0xc99028, lp.use_count() = 4
local pointer in a thread:
  lp.get() = 0xc99028, lp.use_count() = 2
  Derived::~Derived()
  Base::~Base()
All threads completed, the last one deleted Derived