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1.3.1 C++新特性
1.智能指针
1. 为什么要用智能指针
- 内存泄漏：内存手动释放，使用智能指针可以自动释放
malloc free; new delete - 共享所有权指针的传播和释放，比如多线程使用同一个对象时析构问题
2. 三种智能指针对比
C++ 中提供了三种智能指针：unique_ptr、shared_ptr和weak_ptr。它们分别用于不同的场景，有不同的内存管理特点。下面是它们的对比：auto_ptrC++11已经弃用
| 智能指针 | 所有权管理 | 引用计数 | 性能 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|---|---|
unique_ptr | 独占对象的所有权 | 无 | 高性能 | - 独占所有权，确保没有多个指针指向同一个对象 - 自动释放内存，避免内存泄漏 | - 不能复制，只能移动 - 只能有一个拥有者 |
shared_ptr | 共享对象的所有权 | 有 | 性能较差（因引用计数管理） | - 可以在多个指针间共享所有权 - 引用计数机制，多个 shared_ptr 可以管理同一个对象 | - 引用计数机制开销较大 - 循环引用问题 |
weak_ptr | 解决 shared_ptr 的循环引用问题 | 无 | 性能较好 | - 用于打破 shared_ptr 之间的循环引用- 不增加引用计数，不干扰对象生命周期 | - 不能直接访问对象，需要通过 shared_ptr 转化 |
3. shared_ptr
1. 使用智能指针可以自动释放占用的内存
shared_ptr<Buffer> buf=make_shared<Buffer>("auto free memory");// Buffer对象分配在堆上，但能自动释放
/*
解释：
1. make_shared<Buffer>("auto free memory")：
是 C++ 标准库提供的一个函数，它创建一个 shared_ptr，并通过动态分配内存来创建 Buffer 对象。它传递给 Buffer 类构造函数一个字符串 "auto free memory"，用于初始化 Buffer 对象的成员。
该函数内部会先为 Buffer 对象分配内存，然后为 shared_ptr 自身分配内存，最后将 Buffer 对象的地址交给 shared_ptr 来管理。
2. shared_ptr<Buffer> buf：
buf 是一个智能指针，类型为 shared_ptr<Buffer>。它持有 Buffer 对象的所有权，并负责在最后一个 shared_ptr 被销毁时自动释放内存。
shared_ptr 使用引用计数机制来管理内存，当没有 shared_ptr 再引用这个对象时，它会自动销毁并释放 Buffer 对象的内存。
3. 自动释放：
shared_ptr 在对象引用计数为 0 时，会自动释放内存。这意味着当 buf 超出作用域，或者 buf 被重新赋值时，Buffer 对象的内存会被自动释放。
由于 shared_ptr 管理着内存的生命周期，所以你不需要手动调用 delete 来释放 Buffer 对象。
*/
Buffer *buf = new Buffer("auto free memory");// Buffer对象分配在堆上，但需要手动delete释放
/*
1. new Buffer("auto free memory")：
这里使用 new 操作符动态分配了一个 Buffer 对象。Buffer 的构造函数接受一个字符串参数 "auto free memory"，并用它初始化 Buffer 对象的成员。
new 操作符会在堆上分配内存，并返回一个指向该内存块的指针。
2. Buffer *buf：
buf 是一个指向 Buffer 对象的原生指针（Buffer*）。
你需要手动管理对象的生命周期。当不再需要该对象时，你必须手动调用 delete 来释放它所占用的内存，否则会导致内存泄漏。
*/
2. 共享所有权指针的传播和释放
进程处理完之后会释放，count共享，析构会释放
shared_ptr使用引用计数，每一个shared_ptr的拷贝都指向相同的内存。再最后一个shared_ptr析构的时候，内存才会被释放
shared_ptr实现包含了两部分，
1. 一个指向堆上创建的对象的裸指针，raw_ptr
2. 一个指向内部隐藏的、共享的管理对象。share_count_object 引用计数
3. 常用函数
/*
1. make_shared:
std::make_shared<Buffer>("Hello, World!") 会创建一个 shared_ptr，并在堆上动态分配 Buffer 对象。这是推荐的创建 shared_ptr 的方式，它避免了 new 的多次内存分配。
2. get:
buf1.get() 返回 shared_ptr 内部管理的原生指针，允许直接操作对象，但要小心对象的生命周期，因为 shared_ptr 的引用计数会管理对象的释放。
3.use_count:
buf1.use_count() 返回当前有多少个 shared_ptr 共享该对象的所有权。在示例中，buf1 和 buf2 共享 Buffer 对象，所以返回的值为 2。
4.reset:
buf1.reset() 会解除 buf1 对原对象的所有权，并使它指向一个新的对象（如果给定了新的对象）。当 reset 被调用后，buf1 不再管理原对象，原对象如果没有其他 shared_ptr 引用，会被销毁。
5.unique:
buf1.unique() 检查当前 shared_ptr 是否唯一指向对象。如果当前 shared_ptr 唯一指向对象（没有其他 shared_ptr 共享所有权），它返回 true；否则返回 false。
6.swap:
buf1.swap(buf3) 交换 buf1 和 buf3 的所有权，即它们各自指向的对象也交换。调用后，buf1 会指向 buf3 原来的对象，buf3 会指向 buf1 原来的对象。
*/
#include <iostream>
#include <memory>
class Buffer {
public:
explicit Buffer(const std::string& msg) : message(msg) {
std::cout << "Buffer created: " << message << std::endl;
}
~Buffer() {
std::cout << "Buffer destroyed." << std::endl;
}
void print() { std::cout << "Message: " << message << std::endl; }
private:
std::string message;
};
int main() {
// 使用 make_shared 创建 shared_ptr，推荐的创建方式
// make_shared 会在内部同时分配 memory for shared_ptr 和对象，避免两次分配
std::shared_ptr<Buffer> buf1 = std::make_shared<Buffer>("Hello, World!");
// 使用 get() 获取 shared_ptr 内部的原生指针，原生指针可以直接操作对象
Buffer* rawPtr = buf1.get(); // 获取原生指针
rawPtr->print(); // 通过原生指针访问成员函数
// 使用 use_count() 获取当前 shared_ptr 的引用计数
std::cout << "use_count: " << buf1.use_count() << std::endl; // 输出 1，因为只有 buf1 指向该对象
// 创建另一个 shared_ptr buf2，并共享 buf1 的所有权
std::shared_ptr<Buffer> buf2 = buf1;
std::cout << "use_count after buf2: " << buf1.use_count() << std::endl; // 输出 2，因为 buf1 和 buf2 都指向同一个对象
// 使用 reset() 来重置智能指针的所有权，这会解除与原对象的关联
// 重置后，buf1 将不再管理原来的对象
buf1.reset(new Buffer("New Buffer"));
// 此时 buf1 指向新对象，buf2 仍然指向原对象
buf1->print(); // 输出 "Message: New Buffer"
std::cout << "use_count after reset: " << buf1.use_count() << std::endl; // 输出 1，因为 buf1 唯一指向新对象
std::cout << "use_count of buf2: " << buf2.use_count() << std::endl; // 输出 1，buf2 仍然指向原对象
// 使用 unique() 判断 shared_ptr 是否唯一指向对象
if (buf1.unique()) {
std::cout << "buf1 is the unique owner of the object." << std::endl;
} else {
std::cout << "buf1 is not the unique owner." << std::endl;
}
// 使用 swap() 交换 buf1 和 buf3 的所有权
std::shared_ptr<Buffer> buf3 = std::make_shared<Buffer>("Buffer 3");
buf1.swap(buf3); // 交换 buf1 和 buf3 的所有权
buf1->print(); // 输出 "Message: Buffer 3"
buf3->print(); // 输出 "Message: New Buffer"
// 最后，buf1、buf2、buf3 超出作用域时，自动销毁相应的对象
return 0;
}
- shared_ptr不能通过“直接将原始这种赋值”来初始化
- std::shared_ptr 管理动态数组时，需要指定自定义删除器，因为 shared_ptr 的默认删除器（即 delete）不能直接用于删除数组。对于数组类型的对象，我们必须使用 delete[] 来正确地释放内存。
std::shared_ptr<int[]> p3(new int[10], [](int* p) { delete[] p; });
/*
std::shared_ptr<int[]> p3：shared_ptr 类型为 int[]，即管理一个动态数组。
new int[10]：创建一个包含 10 个 int 元素的动态数组，内存分配在堆上。
[](int* p) { delete[] p; }：这是一个 lambda 表达式，定义了一个自定义删除器，负责调用 delete[] 来释放数组内存
*/
4. 要注意的问题
- 不要用一个原始指针初始化多个 shared_ptr
解释：
std::shared_ptr 是通过引用计数来管理内存的。每当你创建一个新的 shared_ptr 来管理同一个原始指针时，引用计数就会增加。但是，如果多个 shared_ptr 使用相同的原始指针初始化，它们将共享同一引用计数，而这可能导致重复删除（多次调用 delete），从而引发未定义行为。
错误示例：
```cpp
#include
int main() {
int* p = new int(10);
std::shared_ptr ptr1(p); // ptr1 使用原始指针 p 初始化
std::shared_ptr ptr2(p); // 错误：ptr2 也使用原始指针 p 初始化，导致 double delete
return 0;
}
在此示例中，ptr1 和 ptr2 都管理同一个原始指针 p，这将导致 delete 被调用两次，从而引发未定义行为。
正确的做法：
始终使用 std::make_shared 或一个新的指针来创建 shared_ptr，以确保引用计数管理是安全的。
```cpp
#include <memory>
int main() {
auto ptr1 = std::make_shared<int>(10); // 使用 make_shared 正确创建 shared_ptr
auto ptr2 = ptr1; // ptr2 和 ptr1 共享所有权，引用计数增加
return 0;
}
通过 std::make_shared 创建 shared_ptr 可以避免使用原始指针初始化多个 shared_ptr。
- 不要在函数实参中创建 shared_ptr
```cpp解释： 在函数实参中创建 shared_ptr 可能会导致内存管理问题，尤其是在函数调用期间，如果不恰当使用，可能导致提前销毁对象或意外共享所有权。此外，使用 shared_ptr 作为函数参数时，通常需要额外的注意来确保内存正确管理。 错误示例：
#include
void foo(std::shared_ptr ptr) {
// 这里，ptr 是一个局部的 shared_ptr，当函数结束时 ptr 会被销毁
std::cout << *ptr << std::endl; // 正常使用，但是内存会在函数结束时释放
}
int main() {
foo(std::make_shared(10)); // 不推荐这样在函数实参中创建 shared_ptr
return 0;
}
在此示例中，std::make_shared<int>(10) 会在函数调用时创建一个新的 shared_ptr，该指针会在函数结束时销毁，这可能导致不必要的拷贝和对象生命周期问题。
正确的做法：
使用 std::shared_ptr 作为函数参数时，可以传递已有的 shared_ptr，避免在函数内部分配新的对象。
```cpp
#include <memory>
void foo(std::shared_ptr<int> ptr) {
std::cout << *ptr << std::endl;
}
int main() {
auto ptr = std::make_shared<int>(10); // 在外部创建 shared_ptr
foo(ptr); // 传递已有的 shared_ptr
return 0;
}
通过传递已创建的 shared_ptr 来避免在函数参数中直接创建新的 shared_ptr。
3. 通过 shared_from_this() 返回 this 指针
解释：
shared_from_this() 是 std::enable_shared_from_this 类模板提供的成员函数，允许一个类的实例（如果它是由 shared_ptr 管理的）返回一个指向该对象的 shared_ptr。但要确保在调用 shared_from_this() 时，该对象必须由 shared_ptr 管理，否则会抛出异常。
错误示例：
#include <iostream>
#include <memory>
class MyClass : public std::enable_shared_from_this<MyClass> {
public:
void foo() {
std::shared_ptr<MyClass> ptr = shared_from_this(); // 错误：如果不是由 shared_ptr 管理，抛出异常
std::cout << "Inside foo" << std::endl;
}
};
int main() {
MyClass* rawPtr = new MyClass();
rawPtr->foo(); // 错误：rawPtr 不是由 shared_ptr 管理，无法调用 shared_from_this()
return 0;
}
在此示例中，rawPtr 是一个普通的原始指针，而 shared_from_this() 只能在对象由 shared_ptr 管理时才有效。如果直接使用原始指针，调用 shared_from_this() 将导致程序崩溃。
正确的做法：
确保对象是通过 shared_ptr 管理的，然后再调用 shared_from_this()。
#include <iostream>
#include <memory>
class MyClass : public std::enable_shared_from_this<MyClass> {
public:
void foo() {
std::shared_ptr<MyClass> ptr = shared_from_this(); // 正确：shared_ptr 管理此对象
std::cout << "Inside foo" << std::endl;
}
};
int main() {
std::shared_ptr<MyClass> ptr = std::make_shared<MyClass>(); // 使用 shared_ptr 管理对象
ptr->foo(); // 正确：对象由 shared_ptr 管理，可以调用 shared_from_this()
return 0;
}
通过 std::make_shared 管理对象，调用 shared_from_this() 就是安全的。
- 避免循环引用
解释：
循环引用是指两个或更多的 shared_ptr 互相引用对方，导致它们的引用计数无法降到 0，从而导致内存泄漏。在这种情况下，shared_ptr 永远不会删除这些对象，因为它们的引用计数永远不会为 0。
```cpp
#include
#include
class A;
class B {
public:
std::shared_ptr a_ptr; ~B() { std::cout << "B destroyed" << std::endl; }};
int main() { std::shared_ptr a = std::make_shared(); std::shared_ptr b = std::make_shared();
a->b_ptr = b; // A 指向 B b->a_ptr = a; // B 指向 A，形成循环引用 // 当 a 和 b 超出作用域时，它们不会被销毁，因为有循环引用 return 0; } 在这个示例中，a 和 b 相互持有对方的 shared_ptr，导致它们的引用计数永远不会为 0，导致内存泄漏。 正确的做法： 使用 std::weak_ptr 来打破循环引用。weak_ptr 不会增加引用计数，因此它不会导致循环引用问题。 ```cpp #include #include class A; class B { public: std::weak_ptr a_ptr; // 使用 weak_ptr 代替 shared_ptr，避免循环引用 ~B() { std::cout << "B destroyed" << std::endl; } }; class A { public: std::shared_ptr b_ptr; ~A() { std::cout << "A destroyed" << std::endl; } }; int main() { std::shared_ptr a = std::make_shared(); std::shared_ptr b = std::make_shared(); a->b_ptr = b; // A 指向 B b->a_ptr = a; // B 通过 weak_ptr 指向 A，避免循环引用 // 当 a 和 b 超出作用域时，它们会被正确销毁 return 0; } 在这里，std::weak_ptr 代替了 shared_ptr，解决了循环引用的问题，避免了内存泄漏。std::weak_ptr 不增加引用计数：weak_ptr 不会增加对象的引用计数，且 weak_ptr 无法直接访问管理的对象，它的主要作用是作为观察者。 避免循环引用：当 shared_ptr 之间形成循环引用时，weak_ptr 可以用来打破这种循环，因为它不会影响引用计数。 过期检查：weak_ptr 可以通过 lock() 方法获取一个 shared_ptr，该方法会检查对象是否已被销毁。如果对象已被销毁，lock() 会返回一个空的 shared_ptr。 4. unique_ptr unique_ptr 不能被赋值给另一个 unique_ptr解释：std::unique_ptr 是 独占型 智能指针，它不支持复制操作。也就是说，不能将一个 unique_ptr 直接赋值给另一个 unique_ptr，因为这样会导致两个 unique_ptr 同时拥有对同一资源的控制，违背了 独占所有权 的原则。unique_ptr 只能通过 移动语义（std::move）来转移所有权。错误示例：```cpp#include #include int main() { std::unique_ptr ptr1 = std::make_unique(10); std::unique_ptr ptr2 = ptr1; // 错误：无法将 unique_ptr 复制到另一个 unique_ptr return 0; } 编译器会报错，提示无法复制 unique_ptr。 正确做法：使用 std::move 转移所有权 ```cpp #include #include int main() { std::unique_ptr ptr1 = std::make_unique(10); std::unique_ptr ptr2 = std::move(ptr1); // 正确：通过 std::move 转移所有权 if (!ptr1) { std::cout << "ptr1 is now null" << std::endl; } std::cout << *ptr2 << std::endl; // 输出 10 return 0; } 在这里，std::move 将 ptr1 的所有权转移给了 ptr2，之后 ptr1 变为 nullptr，但 ptr2 继续管理该对象。 unique_ptr 可以指向一个数组解释：std::unique_ptr 不仅可以管理单个对象，还可以管理动态数组。与管理单个对象类似，unique_ptr 会在其析构时自动调用 delete[] 来释放数组内存。如果你使用 unique_ptr 管理动态数组，必须使用 unique_ptr 来正确管理内存。 示例： #include #include int main() { std::unique_ptr arr = std::make_unique(5); // 使用 unique_ptr 管理数组 // 初始化数组元素 for (int i = 0; i < 5; ++i) { arr[i] = i * 10; } // 输出数组元素 for (int i = 0; i < 5; ++i) { std::cout << arr[i] << " "; } std::cout << std::endl; // 当 arr 超出作用域时，内存会自动释放 return 0; } 在这个例子中，arr 是一个 unique_ptr，它管理一个包含 5 个 int 元素的动态数组。当 arr 超出作用域时，它会自动释放内存。 注意：当 unique_ptr 管理数组时，必须使用 std::make_unique() 来创建数组，不能使用 std::make_unique()，因为后者是用于单个对象的。 unique_ptr 需要指定删除器的类型解释：std::unique_ptr 默认使用 delete 作为删除器来销毁对象。如果你使用 unique_ptr 管理一个数组，默认的删除器 delete 会导致错误，因为数组必须使用 delete[] 来删除。如果你需要处理其他类型的资源或自定义删除逻辑，可以指定一个 自定义删除器。 示例：默认删除器： #include #include int main() { std::unique_ptr ptr = std::make_unique(10); // 使用默认删除器 std::cout << *ptr << std::endl; // 输出 10 return 0; } 在这个例子中，ptr 使用默认的 delete 删除器来销毁对象。 自定义删除器：如果你需要在释放资源时执行其他操作（例如，记录日志、释放特定类型的资源等），你可以使用自定义删除器。自定义删除器通常是一个函数指针、函数对象或 lambda 表达式。 #include #include struct MyDeleter { void operator()(int* ptr) const { std::cout << "Custom delete for " << *ptr << std::endl; delete ptr; // 自定义删除操作 } }; int main() { // 使用自定义删除器 std::unique_ptr ptr(new int(10), MyDeleter()); std::cout << *ptr << std::endl; // 输出 10 return 0; } 在这个例子中，我们定义了一个 MyDeleter 结构体，它提供了一个自定义的删除操作。unique_ptr 在析构时会调用这个删除器。 自定义删除器用于数组： #include #include int main() { // 使用自定义删除器管理数组 std::unique_ptr> arr( new int[5], [](int* p) { std::cout << "Custom delete for array\n"; delete[] p; }); // 初始化数组元素 for (int i = 0; i < 5; ++i) { arr[i] = i * 10; } // 输出数组元素 for (int i = 0; i < 5; ++i) { std::cout << arr[i] << " "; } std::cout << std::endl; // 自动调用自定义删除器释放内存 return 0; } 在这个示例中，我们使用了 std::function 类型的自定义删除器来管理数组的释放。该删除器会在 unique_ptr 析构时调用，正确地释放数组内存。 5. weak_ptr弱引用的智能指针 share_ptr虽然已经很好用了，但是有一点share_ptr智能指针还是有内存泄露的情况，当两个对象相互使用一个shared_ptr成员变量指向对方，会造成循环引用，使引用计数失效，从而导致内存泄漏。weak_ptr 是一种不控制对象生命周期的智能指针, 它指向一个 shared_ptr 管理的对象. 进行该对象的内存管理的是那个强引用的shared_ptr， weak_ptr只是提供了对管理对象的一个访问手段。1. 基本用法 use_count()作用：返回与 weak_ptr 关联的 shared_ptr 的引用计数。 示例： #include #include int main() { std::shared_ptr sp = std::make_shared(10); // 创建 shared_ptr std::weak_ptr wp = sp; // 关联 weak_ptr std::cout << "use_count: " << wp.use_count() << std::endl; // 输出 1 { std::shared_ptr sp2 = wp.lock(); // 提升 weak_ptr 到 shared_ptr std::cout << "use_count after lock: " << wp.use_count() << std::endl; // 输出 2 } std::cout << "use_count after sp2 out of scope: " << wp.use_count() << std::endl; // 输出 1 return 0; } 解释：wp.use_count() 返回当前与 weak_ptr 关联的 shared_ptr 的数量。在 sp2 提升时，shared_ptr 的引用计数增加到 2；sp2 离开作用域后，引用计数降回 1。2. expired()作用：判断 weak_ptr 关联的对象是否已经被释放。如果对象已释放，则返回 true。 示例： #include #include int main() { std::weak_ptr wp; { std::shared_ptr sp = std::make_shared(10); // 创建 shared_ptr wp = sp; // 关联 weak_ptr std::cout << "Is expired? " << std::boolalpha << wp.expired() << std::endl; // 输出 false } // sp 超出作用域，对象被释放 std::cout << "Is expired? " << std::boolalpha << wp.expired() << std::endl; // 输出 true return 0; } 解释：expired() 返回 true，表示 weak_ptr 所关联的 shared_ptr 已经释放，对象不再存在。3. lock()作用：尝试从 weak_ptr 获取一个 shared_ptr。如果对象仍然存在，lock() 返回一个指向该对象的 shared_ptr；否则返回一个空的 shared_ptr。 示例： #include #include int main() { std::weak_ptr wp; { std::shared_ptr sp = std::make_shared(20); // 创建 shared_ptr wp = sp; // 关联 weak_ptr // 使用 lock 提升 weak_ptr if (auto sp2 = wp.lock()) { std::cout << "Object is alive, value: " << *sp2 << std::endl; // 输出 20 } else { std::cout << "Object is expired" << std::endl; } } // sp 超出作用域，对象被释放 if (auto sp2 = wp.lock()) { std::cout << "Object is alive, value: " << *sp2 << std::endl; } else { std::cout << "Object is expired" << std::endl; // 输出 "Object is expired" } return 0; } 解释：lock() 返回一个有效的 shared_ptr，前提是对象仍然存在。当 shared_ptr 管理的对象被销毁后，lock() 返回一个空的 shared_ptr。 2.weak_ptr返回this指针 weak_ptr 返回 this 指针与 shared_ptr 的区别在 C++ 中，weak_ptr 和 shared_ptr 都是智能指针，用于管理动态分配的内存。它们的使用场景和特性有所不同，尤其是在类成员函数中，涉及到 this 指针时，二者的行为和用途也有所区别。 shared_ptr 和 weak_ptr 的区别shared_ptr：shared_ptr 是 共享所有权 的智能指针，多个 shared_ptr 可以指向同一个对象，并且引用计数会增加，直到最后一个 shared_ptr 被销毁时，才会释放对象的内存。当你返回一个 shared_ptr 时，它会增加对象的引用计数，确保对象在引用存在时不会被销毁。weak_ptr：weak_ptr 是 弱引用，它不会增加引用计数，只是观察 shared_ptr 所管理的对象。weak_ptr 不会阻止对象的销毁，因此可以避免循环引用问题。当你返回 weak_ptr 时，不会影响对象的生命周期。如果需要访问对象，需要使用 lock() 方法提升为 shared_ptr。 为什么不能直接返回 this 指针作为 shared_ptr 或 weak_ptr返回 shared_ptr 时的危险： 直接返回 shared_ptr(this)，即返回当前对象的 shared_ptr，会 增加引用计数，可能导致 循环引用 或 对象生命周期延长，从而导致内存泄漏。 返回 weak_ptr 的优势： 使用 weak_ptr 返回 this 指针时，不会改变引用计数，也不会导致循环引用，因此可以避免对象被意外地保留在内存中。可以在需要时通过 lock() 获取一个有效的 shared_ptr，如果对象已经被销毁，则返回空的 shared_ptr。 返回 this 指针的正确做法：使用 shared_from_this() 和 weak_ptr如果你想在类成员函数中返回当前对象的智能指针，通常应该使用 std::enable_shared_from_this 来实现。std::enable_shared_from_this 是一个模板类，它使得对象能够返回一个 shared_ptr 指向自身。 shared_from_this():std::enable_shared_from_this 允许对象在没有直接 shared_ptr 的情况下，安全地返回指向自身的 shared_ptr。只有通过 shared_ptr 创建的对象才能调用 shared_from_this()，因此在对象创建时必须使用 shared_ptr 来管理对象的生命周期。示例：使用 shared_from_this() 和 weak_ptr #include #include class MyClass : public std::enable_shared_from_this { public: MyClass() { std::cout << "MyClass constructor\n"; } ~MyClass() { std::cout << "MyClass destructor\n"; } // 返回 shared_ptr 指向当前对象 std::shared_ptr getSharedPtr() { // 返回一个 shared_ptr，该 shared_ptr 与当前对象共享所有权 return shared_from_this(); } // 返回 weak_ptr 指向当前对象 std::weak_ptr getWeakPtr() { return shared_from_this(); } void showMessage() { std::cout << "Hello from MyClass!" << std::endl; } }; int main() { // 创建一个 shared_ptr 管理 MyClass 对象 std::shared_ptr sp1 = std::make_shared(); // 获取 shared_ptr 和 weak_ptr std::shared_ptr sp2 = sp1->getSharedPtr(); // 返回 shared_ptr std::weak_ptr wp = sp1->getWeakPtr(); // 返回 weak_ptr sp2->showMessage(); // 调用对象的成员函数 std::cout << "use_count of sp1: " << sp1.use_count() << std::endl; // 输出引用计数，应该是 2 std::cout << "use_count of wp: " << wp.use_count() << std::endl; // weak_ptr 不增加引用计数，输出 2 // 清除 shared_ptr sp1.reset(); std::cout << "use_count after sp1.reset(): " << sp2.use_count() << std::endl; // 输出 1，sp2 仍然有效 // weak_ptr 尝试提升为 shared_ptr if (auto sp3 = wp.lock()) { sp3->showMessage(); // 如果对象仍然存在，输出 "Hello from MyClass!" } else { std::cout << "Object has been deleted" << std::endl; // 如果对象已销毁，输出该消息 } return 0; } 3. weak_ptr解决循环引用问题 假设有两个类 A 和 B，它们互相持有对方的 shared_ptr，这就是典型的循环引用场景。```cpp#include #include class B; // 前向声明 class A {public: std::shared_ptr b_ptr; // A 拥有 B 的 shared_ptr A() { std::cout << "A constructed\n"; } ~A() { std::cout << "A destroyed\n"; } };class B {public: std::shared_ptr a_ptr; // B 拥有 A 的 shared_ptr
B() { std::cout << "B constructed\n"; } ~B() { std::cout << "B destroyed\n"; } };int main() { // 创建 A 和 B 的 shared_ptr std::shared_ptr a = std::make_shared(); std::shared_ptr b = std::make_shared();
// 创建循环引用 a->b_ptr = b; b->a_ptr = a; // 对象 a 和 b 应该会被销毁，但由于循环引用，它们永远不会被销毁 return 0; } 为了解决循环引用的问题，我们可以将其中一个 shared_ptr 替换为 weak_ptr。这样，当其中一个对象被销毁时，weak_ptr 不会阻止另一个对象的销毁。 2. 解决循环引用的正确做法 ```cpp #include #include class B; // 前向声明 class A { public: std::shared_ptr b_ptr; // A 拥有 B 的 shared_ptr A() { std::cout << "A constructed\n"; } ~A() { std::cout << "A destroyed\n"; } }; class B { public: std::weak_ptr a_ptr; // B 拥有 A 的 weak_ptr，打破循环引用 B() { std::cout << "B constructed\n"; } ~B() { std::cout << "B destroyed\n"; } }; int main() { // 创建 A 和 B 的 shared_ptr std::shared_ptr a = std::make_shared(); std::shared_ptr b = std::make_shared(); // 创建非循环引用 a->b_ptr = b; b->a_ptr = a; // 这里使用 weak_ptr 而不是 shared_ptr // 对象 a 和 b 在 main 函数结束时会被正常销毁 return 0; } 解决方法解释：- B 中的 a_ptr 改为 weak_ptr，表示 B 对 A 的引用不会增加 A 的引用计数，因此不会阻止A 的销毁。
- A 仍然拥有对 B 的 shared_ptr，这样可以保证 B 对 A 的引用是有效的。 当 main 函数结束时，a 和 b 会正确地被销毁，避免了循环引用导致的内存泄漏。4 weak_ptr使用注意事项 weak_ptr在使用前需要检查合法性,在使用wp前需要调用wp.expired()函数判断一下
- 表达式捕获C++14 引入了 表达式捕获，允许在捕获列表中初始化变量，可以捕获计算后的值，而不仅仅是简单的变量。init_capture = expr { function_body; }
- init_capture 是捕获的变量名。
- expr 是用于初始化捕获变量的表达式。
```cpp
#include
int main() {
int x = 10, y = 20;
// 使用表达式捕获
auto lambda = [sum = x + y]() {
std::cout << "Captured sum: " << sum << std::endl;
};
lambda(); // 输出：Captured sum: 30
return 0;
}
6. 泛型 Lambda
C++14 引入了 泛型 Lambda，允许使用 自动类型推导（auto） 来定义参数类型，从而使 Lambda 可以处理不同类型的参数。
[capture](auto parameter1, auto parameter2) { function_body; }
```cpp
#include <iostream>
int main() {
auto generic_lambda = [](auto a, auto b) {
return a + b;
};
std::cout << "Integers: " << generic_lambda(3, 5) << std::endl; // 输出：8
std::cout << "Doubles: " << generic_lambda(3.5, 2.5) << std::endl; // 输出：6
std::cout << "Strings: " << generic_lambda(std::string("Hello"), std::string(" World")) << std::endl;
// 输出：Hello World
return 0;
}
- 可变 Lambda
C++11 默认情况下，Lambda 表达式的捕获列表是 const，即捕获的变量在 Lambda 内部是只读的。如果需要修改捕获的变量，可以使用 mutable 关键字。
capture mutable { function_body; }
#include <iostream>
int main() {
int x = 10;
auto mutable_lambda = [x]() mutable {
x += 5;
std::cout << "Inside lambda: " << x << std::endl;
};
mutable_lambda(); // 输出：Inside lambda: 15
std::cout << "Outside lambda: " << x << std::endl; // 输出：Outside lambda: 10
return 0;
}
4. STL
C++标准库（STL，Standard Template Library）是一个强大的模板库，提供了一些高效的数据结构和算法。STL包含三大主要组件：容器（Containers）、迭代器（Iterators）和算法（Algorithms）。
1. 容器（Containers）
容器是用于存储和管理数据的类模板。STL提供了多种容器，主要分为顺序容器和关联容器。
顺序容器：数据按插入顺序存储。
vector：动态数组，支持随机访问。
deque：双端队列，支持从两端插入和删除。
list：双向链表，支持从两端插入和删除，但不支持随机访问。
array：固定大小的数组，性能优于vector，但大小固定。关联容器：数据通过键值对（key-value）存储，常用于查找、插入、删除操作。
set：存储唯一的元素，按顺序排列。
map：存储键值对，按键排序。
unordered_set：存储唯一的元素，元素无序，基于哈希表。
unordered_map：存储键值对，元素无序，基于哈希表。容器适配器：
stack：栈，遵循先进后出（LIFO）规则。
queue：队列，遵循先进先出（FIFO）规则。
priority_queue：优先队列，元素按优先级顺序排列。2. 迭代器（Iterators）
迭代器是用于遍历容器元素的对象，类似于指针。迭代器支持对容器元素进行读取和修改。
常用迭代器类型：
begin()：返回指向容器第一个元素的迭代器。
end()：返回指向容器最后一个元素之后位置的迭代器。
rbegin()：返回指向容器最后一个元素的逆向迭代器。
rend()：返回指向容器第一个元素之前位置的逆向迭代器。
2. 迭代器操作：
*it：解引用，访问迭代器指向的元素。
it++：将迭代器移动到下一个元素。
it--：将迭代器移动到前一个元素。
3. 算法（Algorithms）
STL提供了大量的标准算法，用于对容器中的数据进行排序、查找、修改等操作。常用的算法包括：
- 排序：
sort()：对容器中的元素进行排序。
stable_sort()：稳定排序，保持相等元素的相对顺序。
reverse()：反转容器中的元素顺序。
2. 查找：
find()：查找指定元素，返回指向元素的迭代器。
binary_search()：二分查找，返回布尔值，指示是否找到目标元素。
3. 修改：
fill()：将容器中的所有元素设置为指定的值。
copy()：将一个容器的元素复制到另一个容器中。
4. 集合操作：
merge()：将两个有序的集合合并为一个。
set_union()：计算两个集合的并集。
set_intersection()：计算两个集合的交集。
5. 其他：
accumulate()：对容器中的元素执行累加操作。
for_each()：对容器中的每个元素执行给定的操作。
5. 正则表达式
提供了强大的文本处理能力。通过 std::regex 和相关函数，可以高效地进行文本的匹配、替换、分割等操作，极大提高了代码的灵活性和可维护性。掌握正则表达式在 C++ 中的使用，能帮助解决许多实际的字符串处理问题。
1. 主要组件
C++ 的 头文件定义了几个关键的组件：
std::regex：用于存储正则表达式的对象。
std::smatch 和 std::cmatch：分别用于存储 std::string 和 const char* 类型的匹配结果。
std::regex_match：用于检查整个字符串是否与正则表达式完全匹配。
std::regex_search：用于查找字符串中是否存在与正则表达式匹配的部分。
std::regex_replace：用于替换匹配的字符串。
2. 常用操作
- 正则表达式的构造
```cpp
#include
#include
int main() {
// 创建一个正则表达式对象，匹配数字
std::regex pattern(R"(\d+)"); // R"()" 语法用于避免反斜杠转义
return 0;
}
2. std::regex_match - 检查完整匹配
std::regex_match 用于检查整个字符串是否完全匹配正则表达式。
```cpp
#include <iostream>
#include <regex>
int main() {
std::string text = "12345";
std::regex pattern(R"(\d+)"); // 匹配一个或多个数字
if (std::regex_match(text, pattern)) {
std::cout << "Match!" << std::endl;
} else {
std::cout << "No match." << std::endl;
}
return 0;
}
- std::regex_search - 查找部分匹配
std::regex_search 用于查找字符串中是否包含正则表达式的匹配项。
#include <iostream>
#include <regex>
int main() {
std::string text = "There are 123 apples";
std::regex pattern(R"(\d+)"); // 匹配一个或多个数字
if (std::regex_search(text, pattern)) {
std::cout << "Found a match!" << std::endl;
} else {
std::cout << "No match." << std::endl;
}
return 0;
}
- std::regex_replace - 替换匹配项
std::regex_replace 用于替换字符串中与正则表达式匹配的部分。
```cpp
#include
#include
int main() {
std::string text = "I have 123 apples and 456 oranges";
std::regex pattern(R"(\d+)"); // 匹配数字
std::string result = std::regex_replace(text, pattern, "X");
std::cout << result << std::endl; // 替换数字为 X
return 0;
}
2. std::smatch - 获取匹配结果
std::smatch 用于存储和提取正则表达式的匹配结果。
```cpp
#include <iostream>
#include <regex>
int main() {
std::string text = "My phone number is 123-456-7890";
std::regex pattern(R"(\d{3}-\d{3}-\d{4})"); // 匹配电话号码格式
std::smatch match; // 存储匹配结果
if (std::regex_search(text, match, pattern)) {
std::cout << "Found phone number: " << match.str(0) << std::endl;
}
return 0;
}
- 使用捕获组
正则表达式的捕获组允许我们提取特定的匹配内容。
```cpp
#include
#include
int main() {
std::string text = "My email is example@example.com";
std::regex pattern(R"((\w+)@(\w+.\w+))"); // 捕获用户名和域名
std::smatch match;
if (std::regex_search(text, match, pattern)) {
std::cout << "Username: " << match[1] << std::endl;
std::cout << "Domain: " << match[2] << std::endl;
}
return 0;
}
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