C/C++编程：原始指针is bad

亦凉 2022-10-07 13:55 98阅读 0赞

指向对象的原始指针不推荐使用，尤其当暴露给别的线程时。Observerable应当保存的不是原始的Observer \*，而是别的什么东西，能分辨Observer 是否存活。类似的，如果Observer 要在析构函数里解注册，那么subject\_的类型也不能是原始的Observerable`*`

有经验的C++程序员也许会想到智能指针。没错，这是正道，但也没那么简单，有些关窍需要注意。这两处直接使用shared\_ptr是不行的，会形成循环引用，直接造成资源泄露  
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## 空悬指针 ##

由两个指针p1和p2，指向堆上的同一个对象Object(下图左边)，p1和p2位于不同的线程。假设线程A通过p1指针将对象销毁了，那么p2就成了空悬指针。这是一种典型的C/C++内存错误  
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要想安全的消耗对象，最好在别的线程都看不到的情况下，偷偷的做（这正是垃圾回收的原因，所有人都用不到的东西就是垃圾）

## 一个"解决方法" ##

一个解决空悬指针的方法是，引入一层间接性，让p1和p2所指的对象永久有效。比如下图中的proxy对象，这个对象，持有一个指向Object的指针（也就是说，p1和p2都是二级指针）  
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当销毁Object之后，proxy对象继续存在，其值变为0。而p2也没有变成空悬指针，它可以通过查看proxy的内容来判断Object是否还活着。如下图  
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要线程安全的释放Object也不是那么容易，race condition依旧存在。比如p2看第一眼是proxy不是0，正准确去调用Object的成员函数，期间对象已经被p1给销毁了。

问题在于，何时释放proxy指针呢？

## 一个更好的解决方法 ##

为了安全的释放proxy，我们可以引入引用计数，再把p1和p2都从指针变成对象sp1和sp2。proxy现在有两个成员，指针和计数器

*  一开始，由两个引用，计数值为2  
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 *  sp1析构了，引用计数的值减为1  
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 *  sp2也析构了，引用计数降为0，可以安全的销毁proxy和object了  
    ![在这里插入图片描述][2021061815383568.png]  
    等等，这不就是一个计数型智能指针吗？

## 一个万能的解决方案 ##

引入另外一层间接性，用对象来管理共享资源(object)，也就是handler/body的惯用技法。当然，编写线程安全、高效的handler难度很高，我们用现成的库就行

# 神器shared\_ptr/weak\_ptr #

shared\_ptr是引用计数型智能指针。shared\_ptr< T>是一个类模板，它只有一个类型参数，使用起来很方便。引用计数是自动化资源管理的常用手法，当引用计数降为0时，对象就被消耗。weak\_ptr也是一个引用计数型智能指针，但是它不增加对象的应用次数，即弱(weak)引用。

注意：

*  shared\_ptr控制对象的生命周期。shared\_ptr是强引用，只要有一个指向x对象的shared\_ptr存在，该x对象就不会析构。当指向对象x的最后一个shared\_ptr析构或者reset的时候，x保证会被销毁
 *

# 系统的避免各种指针错误 #

C++里可能存续的内存问题大致有这么几个方面：

*  缓冲区溢出
 *  空悬指针/野指针
 *  重复释放
 *  内存泄露
 *  不配对的new\[\]/delete
 *  内存碎片

正确的使用智能指针可以轻易解决前5个问题，解决第6个问题需要其他方法，比如内存池

*  缓冲区溢出：用std::vector< char>/std::string或者自己编写Buffer class来管理缓冲区，自动记住缓冲区的长度，并通过成员函数而不是裸指针来修改缓冲区
 *  空悬指针/野指针：用shared\_ptr和weak\_ptr
 *  重复释放：用scoped\_ptr，只在对象析构的时候释放一次
 *  内存泄露：用scoped\_ptr，对象析构的时候自动释放内存
 *  不配对的new\[\]/delete：把new\[\]替换为std::vertor/scoped\_array

在现代C++程序中一般不会出现delete语句，资源都是通过只能指针或者容器来管理的

另外，scoped\_ptr/shared\_ptr/weak\_ptr都是值语义，要么是栈上对象，要么是其他对象的直接数据成员，或者标准库容器里面的元素。几乎不会出现下面这种用法

shared_ptr<Foo> *pFoo = new Shared_ptr<Foo>(new Foo);

以及，如果这几种智能指针是对象x的数据成员，而它的模板参数T是个imcomplete类型，那么x的析构函数不能是默认的或者内联的，必须在.cpp文件里面显式定义

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