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聊聊智能指針和所有權(quán)的問(wèn)題

在編程語(yǔ)言中，對(duì)堆對(duì)象的內(nèi)存管理是一個(gè)麻煩又復(fù)雜的問(wèn)題。一不小心就會(huì)帶來(lái)問(wèn)題，比如JS里一直引用一個(gè)已經(jīng)不使用的對(duì)象導(dǎo)致gc無(wú)法回收，或者C++里多個(gè)變量指向同一塊內(nèi)存導(dǎo)致重復(fù)釋放。本文簡(jiǎn)單探討一下關(guān)于對(duì)象所有權(quán)的問(wèn)題。

創(chuàng)新互聯(lián)長(zhǎng)期為1000+客戶(hù)提供的網(wǎng)站建設(shè)服務(wù)，團(tuán)隊(duì)從業(yè)經(jīng)驗(yàn)10年，關(guān)注不同地域、不同群體，并針對(duì)不同對(duì)象提供差異化的產(chǎn)品和服務(wù)；打造開(kāi)放共贏平臺(tái)，與合作伙伴共同營(yíng)造健康的互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)環(huán)境。為隨州企業(yè)提供專(zhuān)業(yè)的網(wǎng)站制作、成都做網(wǎng)站，隨州網(wǎng)站改版等技術(shù)服務(wù)。擁有10多年豐富建站經(jīng)驗(yàn)和眾多成功案例,為您定制開(kāi)發(fā)。

對(duì)象的所有權(quán)意味著當(dāng)我們分配一個(gè)對(duì)象的時(shí)候，誰(shuí)持有這個(gè)對(duì)象的所有權(quán)，比如下面代碼。

 
 
 
  
  
  Object *obj = new Object();

那么obj就持有了對(duì)象的所有權(quán)。但是現(xiàn)實(shí)往往比較復(fù)雜，比如我們看看下面代碼。

 
 
 
  
  
  #include 
  
  
  using namespace std; 
  
  
   
  
  
   
  
  
   
  
  
  class Demo { 
  
  
      public: 
  
  
      ~Demo(){ 
  
  
          printf("執(zhí)行析構(gòu)函數(shù)"); 
  
  
      }};void test() { 
  
  
      Demo *d = new Demo(); 
  
  
   
  
  
  } 
  
  
   
  
  
   
  
  
   
  
  
  int main(){ 
  
  
   
  
  
     test(); 
  
  
     return 0; 
  
  
   
  
  
  }

執(zhí)行上面的代碼，我們?cè)趖est函數(shù)里分配一個(gè)堆對(duì)象，執(zhí)行完test后我們發(fā)現(xiàn)Demo對(duì)象的析構(gòu)函數(shù)并沒(méi)有執(zhí)行，這就造成了內(nèi)存泄漏。那我們需要怎么做呢?我們需要收到釋放對(duì)象對(duì)應(yīng)的內(nèi)存。修改一下test函數(shù)的代碼。

 
 
 
  
  
  void test() { 
  
  
      Demo *d = new Demo(); 
  
  
      delete d; 
  
  
   
  
  
  }

這時(shí)候我們發(fā)現(xiàn)就會(huì)輸出執(zhí)行析構(gòu)函數(shù)幾個(gè)字了，說(shuō)明析構(gòu)函數(shù)被執(zhí)行，對(duì)象的內(nèi)存也被釋放了。手動(dòng)管理內(nèi)存不僅麻煩，而且往往容易出錯(cuò)，比如我們往往會(huì)忘了釋放，尤其是代碼邏輯復(fù)雜的時(shí)候。這時(shí)候，我們可以使用智能指針解決這個(gè)問(wèn)題。

 
 
 
  
  
  #include  
  
  
   
  
  
  #include 
  
  
   
  
  
   
  
  
   
  
  
  using namespace std; 
  
  
   
  
  
   
  
  
   
  
  
  class Demo { 
  
  
      public: 
  
  
      ~Demo(){ 
  
  
          printf("執(zhí)行析構(gòu)函數(shù)"); 
  
  
      } 
  
  
   
  
  
  }; 
  
  
   
  
  
   
  
  
  template 
  
  
  class SmartPoint 
  
  
  { 
  
  
      T* point; 
  
  
  public: 
  
  
      SmartPoint(T *ptr = nullptr) :point(ptr) {} 
  
  
   
  
  
      ~SmartPoint() { 
  
  
          if (point) { 
  
  
              // 會(huì)調(diào)用point指向?qū)ο蟮牡奈鰳?gòu)函數(shù) 
  
  
              delete point; 
  
  
          } 
  
  
      } 
  
  
      // 使用智能指針就像使用內(nèi)部包裹的的對(duì)象一樣 
  
  
      T& operator*() {  
  
  
          return *point;  
  
  
      } 
  
  
   
  
  
      T* operator->() {  
  
  
          return point;  
  
  
      } 
  
  
   
  
  
  }; 
  
  
   
  
  
   
  
  
   
  
  
  void test() { 
  
  
   
  
  
      SmartPoint p(new Demo()); 
  
  
   
  
  
  } 
  
  
   
  
  
   
  
  
   
  
  
  int main(){ 
  
  
   
  
  
     test(); 
  
  
     return 0; 
  
  
   
  
  
  }

智能指針的原理比較簡(jiǎn)單，因?yàn)橹悄苤羔槍?duì)象是在棧上面分配的，離開(kāi)作用域的時(shí)候會(huì)被自動(dòng)釋放，然后在智能指針的析構(gòu)函數(shù)里釋放包裹的內(nèi)部對(duì)象。看起來(lái)是很完美的解決方案。但是智能指針也帶來(lái)了一些問(wèn)題，那就是在復(fù)制或賦值的時(shí)候。我們看看代碼。

 
 
 
  
  
  int main(){ 
  
  
     SmartPoint p(new Demo()); 
  
  
     SmartPoint p2 = p; 
  
  
     return 0; 
  
  
   
  
  
  }

執(zhí)行下面代碼會(huì)導(dǎo)致core dump，為什么呢?我們來(lái)看看這個(gè)過(guò)程。當(dāng)執(zhí)行p2=p的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致p2和p的內(nèi)部指針point都指向了Demo對(duì)象的地址，最后代碼執(zhí)行完畢后，兩個(gè)智能指針都執(zhí)行了釋放內(nèi)存的操作，重復(fù)釋放內(nèi)存導(dǎo)致了core dump。那如何解決這個(gè)問(wèn)題呢?一種方式是復(fù)制一份point指向的內(nèi)存，但是我們可能不知道這個(gè)內(nèi)存多大，無(wú)法復(fù)制，另一種方式就是所有權(quán)轉(zhuǎn)移。我們繼續(xù)看代碼。

 
 
 
  
  
  #include  
  
  
   
  
  
  #include 
  
  
   
  
  
   
  
  
   
  
  
  using namespace std; 
  
  
   
  
  
   
  
  
   
  
  
  class Demo { 
  
  
      public: 
  
  
      ~Demo(){ 
  
  
          printf("執(zhí)行析構(gòu)函數(shù)"); 
  
  
      } 
  
  
   
  
  
  }; 
  
  
   
  
  
   
  
  
  template 
  
  
  class SmartPoint 
  
  
  { 
  
  
      T* point; 
  
  
  public: 
  
  
      SmartPoint(T *ptr = nullptr) :point(ptr) {} 
  
  
      // 實(shí)現(xiàn)復(fù)制構(gòu)造函數(shù) 
  
  
      SmartPoint(SmartPoint & p) {  
  
  
          // 指向p.point對(duì)應(yīng)的內(nèi)存 
  
  
          point = p.point; 
  
  
          // p.point置null 
  
  
          p.point = nullptr; 
  
  
      } 
  
  
      ~SmartPoint() { 
  
  
          if (point) { 
  
  
              // 會(huì)調(diào)用point指向?qū)ο蟮牡奈鰳?gòu)函數(shù) 
  
  
              delete point; 
  
  
          } 
  
  
      } 
  
  
      // 使用智能指針就像使用內(nèi)部包裹的的對(duì)象一樣 
  
  
      T& operator*() {  
  
  
          return *point;  
  
  
      } 
  
  
   
  
  
      T* operator->() {  
  
  
          return point;  
  
  
      } 
  
  
   
  
  
  }; 
  
  
   
  
  
   
  
  
   
  
  
  int main(){ 
  
  
   
  
  
     SmartPoint p(new Demo()); 
  
  
     SmartPoint p2 = p; 
  
  
     return 0; 
  
  
   
  
  
  }

我們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)復(fù)制構(gòu)造函數(shù)，在main里執(zhí)行p2=p時(shí)會(huì)被執(zhí)行，在復(fù)制構(gòu)造函數(shù)中，我們實(shí)現(xiàn)了所有權(quán)轉(zhuǎn)移，這時(shí)候p2時(shí)Demo對(duì)象的持有者，而p指向null，這時(shí)候不能再對(duì)p進(jìn)行操作。這時(shí)候我們可以在SmartPoint中實(shí)現(xiàn)一個(gè)isNull函數(shù)用于判斷智能指針的有效性。

 
 
 
  
  
  bool isNull() { 
  
  
      return point == nullptr;  
  
  
  }

然后在使用的地方加一下判斷。

 
 
 
  
  
  if (p.isNull()) { 
  
  
      //  
  
  
   
  
  
  }

這顯然很麻煩。我們看看Rust怎么做。

 
 
 
  
  
  struct Demo(u32); 
  
  
   
  
  
  fn main() { 
  
  
      let _box1 = Box::new(Demo(1)); 
  
  
      // 所有權(quán)轉(zhuǎn)移 
  
  
      let _box2 = _box1; 
  
  
      // 報(bào)錯(cuò) 
  
  
      println!("{}", _box1.0); 
  
  
   
  
  
  }

編譯上面代碼會(huì)報(bào)錯(cuò)，是編譯而不是運(yùn)行，這就是Rust，在編譯期就解決了這個(gè)問(wèn)題。Box是智能指針，以上代碼和剛才C++中的代碼類(lèi)似，當(dāng)執(zhí)行_box2=_box1的時(shí)候，堆對(duì)象的所有權(quán)就轉(zhuǎn)移到了_box2，_box1相當(dāng)于包裹了一個(gè)空指針，而Rust不允許你再訪問(wèn)_box1管理里的內(nèi)存。

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