C++2.0新特性(八)——<Smart Pointer(智能指针)之unique_ptr>

一、概念介绍

　　unique_ptr它是一种在异常发生时可帮助避免资源泄露的smart pointer，实现了独占式拥有的概念，意味着它可确保一个对象和其他相应资源在同一时间只被一个pointer拥有，一旦拥有者被销毁或变成空或开始拥有另一个对象，那么先前拥有的那个对象就会被销毁，其任何相应资源亦会被释放。

　　Class unique_pt继承自class auto_ptr（由于不安全已被弃用），但它提供了更简明的接口，更不易出错。

1.1 出现的目的性

　　为了避免异常时的资源泄露，通常函数会捕获所有的异常，例如：

上图中多个catch时会造成代码臃肿且累赘，使用unique_ptr能很好解决这个问题，改写如下：

1.2 unique_ptr的使用

　　unique_ptr有着和寻常指针非常相似的接口，*操作符用来提取指向的对象，如果被指向的对象是class或struct，->操作符还可以用来访问成员，然而由于它是独占式的指针，所以不提供++算术符

 //必须直接初始化，不允许用赋值的语法将一个寻常的指针当作初值
     //std::unique_ptr<std::string> = new int;//error
     std::unique_ptr<std::string> up(new std::string("nico"));//OK
     (*up)[] = 'X';   //替换第一个元素
     (*up).append("lai");
     std::cout <<(*up).data() << std::endl;
     std::cout << up.get()<<std::endl;

　　unique_ptr不必一定拥有对象，它也可以是empty，比如是被default构造函数创建出来的：

　　 也可以使用release放弃拥有权，并转移到另外一个上：

//必须直接初始化，不允许用赋值的语法将一个寻常的指针当作初值
    //std::unique_ptr<std::string> = new int;//error
    std::unique_ptr<std::string> up(new std::string("nico"));//OK
    (*up)[] = 'X';   //替换第一个元素
    (*up).append("lai");
    std::cout <<(*up).data() << std::endl;
    std::cout << up.get()<<std::endl;
    auto str = up.release();
    //release之后所有权就转移到str了，up就为NULL了
    std::cout << str->data();

1.3 转移unique_ptr的拥有权

　　unique_ptr提供的语义是“独占式拥有”，然而这个责任必须由我们使用者来确保“不可以使两个unique_ptr以同一个pointer作为初值”，如下：

std::string *sp = new std::string("hello");
std::unique_ptr<std::string> up1(sp);
std::unique_ptr<std::string> up2(sp);//错误，这是个运行期错误，

　　27行第一个语句结束后，up1拥有以new创建的对象，第二个语句试图调用copy构造函数，但发生编译期错误，因为up2不可以成为原对象的另一个拥有者，毕竟一次只允许存在一个拥有者，第三个语句则是将拥有权从up1转移到up3，在那之前up3就拥有了先前new建立起来的对象，而up1不再拥有它，一旦up3被销毁，以new创建出来的对象也就被delete,失去拥有权的unique_ptr会变为空，如果要想指派新值，新值必须也是个unique_ptr，不可以是寻常的pointer

std::unique_ptr<std::string> ptr;
//ptr = new std::string; //error
ptr = std::unique_ptr<std::string>(new std::string("hello"));//OK 删除就对象，拥有新对象（delete old object and own new）
ptr = nullptr;//和调用reset差不多，如果有对象的话删除关联的所有对象（ deletes the associated,if any）

1.4 转移权unique_ptr两种用途

　　拥有权的转移指出了unique_ptr的一种用途：函数可以利用他们将拥有权转移给其他函数

• (1)、函数是接收端

　　如果我们将一个由std::move()建立起来的unique_ptr以rvalue reference身份当作函数实参，那么被调用函数的参数将会取得unique_ptr的拥有权，因此如果该函数不再转移拥有权，对象会在函数结束时被delete:

• (2)、函数是供应端

　　当函数返回一个unique_ptr，其拥有权会转移到调用端内：

　　注意：千万不要声明返回类型为rvalue reference，因为那会返回一个dangling pointer(悬空指针)

1.5 unique_ptr被当作成员可避免资源泄露

1.6 unique_ptr对于array的使用

1.7 标准库unique_ptr的默认形式

1.8 自定义deleter

　　当我们在unique_ptr结束时不再紧紧是调用delete或delete []时，我们就需要自定义deleter,然而此处的deleter定义方式不同于shared_ptr，你必须具体指明unique_ptr的类型的第二个模板参数，该类型可以时reference to function、function pointer或function object,如果是function object,其函数类型操作符()应该接受一个"指向对象"的pointer

 //自定义deleter
     class ClassDeleter
     {
     public:
         void operator()(std::string *p)
         {
             std::cout << "delete string object" << std::endl;
             delete p;
         }
     };

     std::unique_ptr<std::string, ClassDeleter> up(new std::string("hello"));

　　如果给入的类型是个函数或lambda,你必须声明deletr的类型为void(*)(T*)或std::function<void(T*)>,要不就使用decltype

1.9 unique_ptr使用举例

 #include <iostream>
 #include <string>
 #include <memory>    // for unique_ptr
 #include <dirent.h>  // for opendir(), ...
 #include <cstring>   // for strerror()
 #include <cerrno>    // for errno
 using namespace std;

 class DirCloser
 {
   public:
     void operator () (DIR* dp) {
         if (closedir(dp) != ) {
             std::cerr << "OOPS: closedir() failed" << std::endl;
         }
     }
 };

 int main()
 {
     // open current directory:
     unique_ptr<DIR,DirCloser> pDir(opendir("."));

     // process each directory entry:
     struct dirent *dp;
     while ((dp = readdir(pDir.get())) != nullptr) {
         string filename(dp->d_name);
         cout << "process " << filename << endl;
         //...
     }
 }

　　上例中使用了标准posix接口：opendir()、readdir()、closedir()，为了确保任何情况下被开启的目录都会被closedir()关闭，我们定义一个unique_ptr，造成只要”指向被开启目录“的那个handle被销毁，DirCloser就会被调用。

1.10 unique_ptr深究

　　class unique_ptr提供了一个”带有独占拥有权的smart pointer语义“的概念，一旦某个unique pointer有了独占控制权，你将无法创造出”多个pointer拥有该相应对象“的形势，主要目的是确保在那个pointer寿命结束时，相应对象被删除（或是资源被清理干净），这特别有助于提供异常安全性，相比于shared pointer，这个class关注的是最小量的空间开销和时间开销。