Указатели

Введение

Умные указатели в C++ обеспечивают автоматическое управление памятью, устраняя необходимость ручного управления выделением и освобождением памяти. В C++ стандартной библиотекой предоставляются три основных типа умных указателей: std::shared_ptr, std::unique_ptr, и std::weak_ptr.

std::shared_ptr

Определение и назначение

std::shared_ptr - это умный указатель, который позволяет нескольким объектам совместно владеть одним и тем же ресурсом. Он использует счетчик ссылок для отслеживания количества владельцев ресурса и освобождает ресурс, когда счетчик становится равным нулю.

Синтаксис

#include <memory>

std::shared_ptr<Type> ptr = std::make_shared<Type>(args);

Пример использования

#include <iostream>
#include <memory>

class MyClass {
public:
    MyClass() { std::cout << "Constructor" << std::endl; }
    ~MyClass() { std::cout << "Destructor" << std::endl; }
};

int main() {
    std::shared_ptr<MyClass> ptr1 = std::make_shared<MyClass>();
    {
        std::shared_ptr<MyClass> ptr2 = ptr1;
        std::cout << "ptr2 reference count: " << ptr2.use_count() << std::endl; // вывод: 2
    }
    std::cout << "ptr1 reference count: " << ptr1.use_count() << std::endl; // вывод: 1
}

В этом примере два умных указателя ptr1 и ptr2 совместно владеют одним объектом типа MyClass. Деструктор вызывается только тогда, когда последний shared_ptr освобождается.

std::unique_ptr

Определение и назначение

std::unique_ptr - это умный указатель, который обеспечивает эксклюзивное владение ресурсом. Он не допускает совместного владения и автоматически освобождает ресурс, когда выходит из области видимости.

Синтаксис

#include <memory>

std::unique_ptr<Type> ptr = std::make_unique<Type>(args);

Пример использования

#include <iostream>
#include <memory>

class MyClass {
public:
    MyClass() { std::cout << "Constructor" << std::endl; }
    ~MyClass() { std::cout << "Destructor" << std::endl; }
};

int main() {
    std::unique_ptr<MyClass> ptr1 = std::make_unique<MyClass>();
    // std::unique_ptr<MyClass> ptr2 = ptr1; // ошибка компиляции: нельзя скопировать unique_ptr
    std::unique_ptr<MyClass> ptr2 = std::move(ptr1); // перемещение владения

    if (!ptr1) {
        std::cout << "ptr1 is null" << std::endl; // вывод: ptr1 is null
    }
}

Здесь std::unique_ptr обеспечивает единственное владение объектом. Попытка копирования unique_ptr приведет к ошибке компиляции, но перемещение владения допустимо с помощью std::move.

std::weak_ptr

Определение и назначение

std::weak_ptr - это умный указатель, который не участвует в управлении временем жизни объекта. Он используется для решения проблем циклических зависимостей, сохраняя слабую ссылку на объект, который может быть уничтожен в любой момент.

Синтаксис

#include <memory>

std::weak_ptr<Type> weakPtr = sharedPtr;

Пример использования

#include <iostream>
#include <memory>

class MyClass {
public:
    MyClass() { std::cout << "Constructor" << std::endl; }
    ~MyClass() { std::cout << "Destructor" << std::endl; }
};

int main() {
    std::shared_ptr<MyClass> sharedPtr = std::make_shared<MyClass>();
    std::weak_ptr<MyClass> weakPtr = sharedPtr;

    if (auto tempPtr = weakPtr.lock()) {
        std::cout << "Resource is still available" << std::endl; // вывод: Resource is still available
    }

    sharedPtr.reset(); // уничтожает объект MyClass

    if (auto tempPtr = weakPtr.lock()) {
        std::cout << "Resource is still available" << std::endl;
    } else {
        std::cout << "Resource is no longer available" << std::endl; // вывод: Resource is no longer available
    }
}

В этом примере std::weak_ptr не увеличивает счетчик ссылок объекта, позволяя безопасно проверять, существует ли объект, без предотвращения его уничтожения.

Резюме

• std::shared_ptr обеспечивает совместное владение ресурсом с использованием счетчика ссылок.
• std::unique_ptr обеспечивает эксклюзивное владение ресурсом и автоматическое освобождение памяти.
• std::weak_ptr предоставляет слабую ссылку на объект, не влияя на его время жизни и решая проблемы циклических зависимостей.

Использование умных указателей помогает предотвратить утечки памяти и упрощает управление ресурсами в приложениях C++, делая код более безопасным и эффективным.