在一個類中,如果類沒有指針成員,一切方便,因為默認合成的析構函數會自動處理所有的內存。但是如果一個類帶了指針成員,那么需要我們自己來寫一個析構函數來管理內存。在<<c++ primer>> 中寫到,如果一個類需要我們自己寫析構函數,那么這個類,也會需要我們自己寫拷貝構造函數和拷貝賦值函數。
析構函數:
我們這里定義一個類HasPtr,這個類中包含一個int 類型的指針。然后定義一個析構函數,這個函數打印一句話。
HasPtr.h 類的頭文件
#pragma once#ifndef __HASPTR__#define __HASPTR__class HasPtr{public: HasPtr(int i,int *p); //HasPtr& operator=(HasPtr&); //HasPtr(const HasPtr&); ~HasPtr(); int get_ptr_value(); void set_ptr_value(int *p); int get_val(); void set_val(int v);private: int val; int *ptr;};#endif // !__HASPTR__
HasPtr.cpp 類的實現
#include "stdafx.h"#include <iostream>#include "HasPtr.h"using namespace std;HasPtr::HasPtr(int i, int *p){ val = i; ptr = p;}int HasPtr::get_ptr_value(){ return *ptr;}void HasPtr::set_ptr_value(int *p){ ptr = p;}int HasPtr::get_val(){ return val;}void HasPtr::set_val(int v){ val = v;}HasPtr::~HasPtr(){ cout << "destructor of HasPtr " << endl;}
ClassWithPointer 類,包含main入口,HasPtr在stack上。
// ClassWithPointer.cpp : 定義控制臺應用程序的入口點。//#include "stdafx.h"#include <iostream>#include "HasPtr.h"using namespace std;int main(){ int temp = 100; HasPtr ptr(2,&temp); cout << ptr.get_ptr_value() << endl; cout << ptr.get_val() << endl; system("PAUSE"); system("PAUSE"); return 0;}
執行該入口方法,發現最后還是打印了析構函數這句話,OK,在main 方法中,stack上定義了一個HasPtr,在main方法退出前,析構函數自動調用了。
如果將HasPtr改為動態對象,也就是放在堆上呢?
ClassWithPointer 類,包含main入口,HasPtr在heap上。
// ClassWithPointer.cpp : 定義控制臺應用程序的入口點。//#include "stdafx.h"#include <iostream>#include "HasPtr.h"using namespace std;int main(){ int temp = 100; //HasPtr ptr(2,&temp); HasPtr *ptr = new HasPtr(2,&temp); cout << ptr->get_ptr_value() << endl; cout << ptr->get_val() << endl; system("PAUSE"); return 0;}
執行一下,發現析構函數沒有調用。OK,我們在return 0前面添加一個delete ptr; 析構函數執行了。
所以,這里有兩個結論:
現在在析構函數中調用delete 語句來刪除指針成員。
頭文件不變,HasPtr.cpp 文件代碼如下:
#include "stdafx.h"#include <iostream>#include "HasPtr.h"using namespace std;HasPtr::HasPtr(int i, int *p){ val = i; ptr = p;}int HasPtr::get_ptr_value(){ return *ptr;}void HasPtr::set_ptr_value(int *p){ ptr = p;}int HasPtr::get_val(){ return val;}void HasPtr::set_val(int v){ val = v;}HasPtr::~HasPtr(){ cout << "destructor of HasPtr " << endl; delete ptr;}
ClassWithPointer 代碼如下:
// ClassWithPointer.cpp : 定義控制臺應用程序的入口點。//#include "stdafx.h"#include <iostream>#include "HasPtr.h"using namespace std;int main(){ int temp = 100; HasPtr ptr(2,&temp); cout << ptr.get_ptr_value() << endl; cout << ptr.get_val() << endl; system("PAUSE"); return 0;}
執行一下,正常打印結束后,拋出錯誤:
這里說明delete 不能刪除stack 上的指針值。
現在在ClassWithPointer傳入一個動態指針來測試一下。
// ClassWithPointer.cpp : 定義控制臺應用程序的入口點。//#include "stdafx.h"#include <iostream>#include "HasPtr.h"using namespace std;int main(){int temp = 100;HasPtr ptr(2,&temp);cout << ptr.get_ptr_value() << endl;cout << ptr.get_val() << endl;system("PAUSE");return 0;}
執行后析構函數正常運行。所以這里有兩個結論:
默認拷貝構造函數和默認賦值操作:
這里我們調用默認的構造函數和默認的賦值操作,看看會出現什么,為了方便查看,我在析構函數中打印了當前對象的地址,以及在main方法中打印了對象地址,這樣就可以看到哪個對象調用了析構函數:
HasPtr.cpp 代碼如下:
#include "stdafx.h"#include <iostream>#include "HasPtr.h"using namespace std;HasPtr::HasPtr(int i, int *p){ val = i; ptr = p;}int HasPtr::get_ptr_value(){ return *ptr;}void HasPtr::set_ptr_value(int *p){ ptr = p;}int HasPtr::get_val(){ return val;}void HasPtr::set_val(int v){ val = v;}HasPtr::~HasPtr(){ cout << "destructor of HasPtr " << this << endl; delete ptr;}
ClassWithPointer 代碼如下:
// ClassWithPointer.cpp : 定義控制臺應用程序的入口點。//#include "stdafx.h"#include <iostream>#include "HasPtr.h"using namespace std;int main(){ int *temp = new int(100); HasPtr ptr(2,temp); cout << "ptr-------------->" << &ptr << endl; cout << ptr.get_ptr_value() << endl; cout << ptr.get_val() << endl; HasPtr ptr2(ptr); cout << "ptr2-------------->" << &ptr2 << endl; cout << ptr2.get_ptr_value() << endl; cout << ptr2.get_val() << endl; HasPtr ptr3 = ptr; cout << "ptr3-------------->" << &ptr3 << endl; cout << ptr3.get_ptr_value() << endl; cout << ptr3.get_val() << endl; system("PAUSE"); return 0;}
運行結果如下,最后還是報錯了:
其實程序運行到第二個析構函數時,報錯了。報錯原因是,ptr 其實已經是pending指針了,因為這個ptr 指針所指向的地址已經被delete了。
不過我們這里最起碼可以知道默認的拷貝構造函數和賦值操作,也是會直接復制指針值的,不是指針所指向的值。是指針變量的值,也就是地址。
所以這里引申出來的問題是:如何管理對象中指針成員的內存? 這個是一個核心問題。
上面的例子,就是默認的方式,但是管理失敗了,因為析構函數到最后會刪除pending 指針,導致異常發生。
智能指針:
引入一個類U_Ptr,用來管理我們需要在業務對象中需要的指針變量,假設為int *p。頭文件如下:
#pragma once#ifndef __UPTR__#define __UPTR__#include "HasPtr.h"#include <iostream>using namespace std;class U_Ptr{ friend class HasPtr; int *ip; size_t use; U_Ptr(int *p):ip(p),use(1) {} ~U_Ptr() { cout << "destruction:"<< *ip << endl; delete ip; }};#endif // !__UPTR__
現在我們的業務對象還是HasPtr。頭文件如下:
#pragma once#ifndef __HASPTR__#define __HASPTR__#include "U_Ptr.h"class HasPtr{public: HasPtr(int *p, int i):ptr(new U_Ptr(p)),val(i){} HasPtr(const HasPtr &orgi) :ptr(orgi.ptr), val(orgi.val) { ++ptr->use; cout << "coming into copy construction:" << ptr->use << endl; } HasPtr& operator=(const HasPtr &rhs); ~HasPtr(); int get_ptr_value() const; int get_int() const; void set_ptr(int *p); void set_int(int i);private: U_Ptr *ptr; int val;};#endif // !__HASPTR__
HasPtr.cpp 實現如下:
#include "stdafx.h"#include "HasPtr.h"#include <iostream>using namespace std;HasPtr& HasPtr::operator=(const HasPtr &rhs){ ++rhs.ptr->use; if (--ptr->use == 0) { delete ptr; } ptr = rhs.ptr; val = rhs.val; return *this;}HasPtr::~HasPtr(){ cout << "destruction:" << ptr->use << endl; if (--ptr->use == 0) { delete ptr; }}int HasPtr::get_ptr_value() const{ return *ptr->ip;}int HasPtr::get_int() const{ return val;}void HasPtr::set_ptr(int *p){ ptr->ip = p;}void HasPtr::set_int(int i){ val = i;}
測試類如下:
// SmartPointer.cpp : 定義控制臺應用程序的入口點。//#include "stdafx.h"#include "HasPtr.h"#include <iostream>using namespace std;int main(){ int *temp = new int(100); HasPtr ptr(temp,22); cout << "ptr------------>" << endl; cout << ptr.get_ptr_value() << endl; cout << ptr.get_int() << endl; HasPtr ptr2(ptr); cout << "ptr2------------>" << endl; cout << ptr2.get_ptr_value() << endl; cout << ptr2.get_int() << endl; system("PAUSE"); return 0;}
我們把U_Ptr 叫做智能指針,用于幫我們管理需要的指針成員。我們的業務對象HasPtr對象包含一個智能指針,這個指針在HasPtr 對象創建時創建,智能指針的use 變量用來記錄業務對象HasPtr對象被復制了多少次,也就是說,有多少個相同的指針指向了ptr所指向的地方。如果要記錄HasPtr對象一共有多少個一樣的,那么就需要在拷貝構造函數和賦值操作處進行對use變量加一操作,在析構函數處進行減一操作。當減到0時,刪除指針。
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