為什麼c++智能指針shared_ptr要慎用取引用？

前言

這幾天在項目中發現base代碼中有個關于指針shared_ptr引用使用問題，現在把問題的原因和寫的demo給大家分享一下，供大家參考。

問題内容

代碼中有個全局資料存儲上下文資訊，供UI某查詢界面對查詢條件進翻頁分段查詢。

界面示意圖

背景系統收到UI的新查詢時，此時請求中标志是“新請求/舊請求”标記為新請求，背景則建立并存儲一個對應的“上下文資訊”，用于标記目前查詢條件的操作，随後到資料庫查詢對應條件的全量資料并存在背景系統記憶體中，背景系統向UI傳回一定個數的資料；如果是目前查詢的翻頁操作，UI也會發起查詢請求，此時請求中的标志為“舊請求”，背景系統需要找到對應的上下文資訊并在記憶體中進行資料讀取。

背景系統在“上下文資訊”中存儲了某個智能指針資料ptr，在背景的具體查詢函數中，新定義了這個類型的智能指針引用類型auto & temp存儲ptr資料，但是最後在使用完後，顯示執行了智能指針的釋放(temp=nullptr;)，導緻原智能指針ptr資料被釋放.....

問題産生原因

把“智能指針shared_ptr”指派給新定義新指針變量引用類型後，引用計數并沒有增加, 引用變量設定為nullptr後，原智能指針内部資料也已經無效。

智能指針shared_ptr介紹

shared_ptr允許多個該智能指針共享“擁有”同一堆配置設定對象的記憶體，這通過引用計數（reference counting）實作，會記錄有多少個shared_ptr共同指向一個對象，一旦最後一個這樣的指針被銷毀，也就是一旦某個對象的引用計數變為0，這個對象會被自動删除。支援複制和指派操作。

• shared_ptr 類對象預設初始化為一個空指針。智能指針是模闆，建立智能指針必須提供類型資訊。

如：

shared_ptr<string> p1; // shared_ptr，可以指向 string

shared_ptr<list<int>> p2; // shared_ptr，可以指向 int 的 list

• 智能指針的使用和普通指針類似，解引用一個智能指針傳回它指向的對象，如過在條件判斷中使用它，則是檢測其是否為空。
• 當進行拷貝或指派操作時，每個shared_ptr都會記錄有多少個其他shared_ptr指向相同的對象。
• 每個shared_ptr都有一個關聯的計數器，通常稱其為引用計數：

對shared_ptr類進行拷貝時，計數器就會增加(用一個shared_ptr初始化另一個shared_ptr、或者它作為參數傳遞給一個函數以及作為函數的傳回值)它所關聯的計數器就會增加;

當我們讓shared_ptr指向另一個對象或shared_ptr對象銷毀時，原對象的計數器就會遞減，一旦一個shared_ptr的計數器為0，就會自動釋放該對象的記憶體。

c++引用

引用就是某一變量（目标）的一個别名，對引用的操作與對變量直接操作完全一樣。引用的聲明方法：類型辨別符 &引用名=目标變量名；

• 引用引入了對象的一個同義詞，定義引用的表示方法與定義指針相似，隻是用&代替了*。
• 對引用求位址，就是對目标變量求位址。

智能指針shared_ptr取引用的計數效果

• 把“智能指針shared_ptr”指派給新定義新指針變量引用類型後，引用計數并沒有增加, 引用變量設定為nullptr後，原智能指針内部資料也已經無效
• 把“智能指針shared_ptr”指派給新定義新指針變量後，引用計數增加,新指針設定為nullptr後，原智能指針内部資料不影響

（可以通過對下列代碼15行處 #if 後數值改成0或1進行驗證）

#include <iostream>  
#include <memory>  
  
int main() {  
  std::shared_ptr<int> ptr(new int(5));  
  std::cout << "count: " << ptr.use_count() << std::endl; // 列印引用計數, 1

  // 擷取原始指針并進行指派操作  
  int *p = ptr.get();  
  *p = 10;  
  
  // 輸出結果，發現值已經被修改  
  std::cout << *ptr << std::endl; // 輸出 10  

#if 1
//把“智能指針shared_ptr”指派給新定義新指針變量引用類型後，引用計數并沒有增加, 引用變量設定為nullptr後，原智能指針内部資料也已經無效
auto &t = ptr;
std::cout << "count: " << ptr.use_count() << std::endl; // 列印引用計數, 1
std::cout << t.get() << std::endl;//0x1331b20
std::cout << ptr.get() << std::endl;//0x1331b20

t = nullptr;// 顯式銷毀所指對象
std::cout << "count: " << ptr.use_count() << std::endl; // 列印引用計數, 1
std::cout << p  << std::endl;//0x1331b20
std::cout << ptr  << std::endl;//0
//std::cout << *ptr  << std::endl;//異常
std::cout << ptr.get() << std::endl;//0
#else
//把“智能指針shared_ptr”指派給新定義新指針變量後，引用計數增加,新指針設定為nullptr後，原智能指針内部資料不影響
auto t = ptr;  
std::cout << "count: " << ptr.use_count() << std::endl; // 列印引用計數, 2
std::cout << t.get() << std::endl;//0x2220b20
std::cout << ptr.get() << std::endl;//0x2220b20

t = nullptr;// 顯式銷毀所指對象
std::cout << "count: " << ptr.use_count() << std::endl; // 列印引用計數, 1
std::cout << p  << std::endl;//0x2220b20
std::cout << ptr  << std::endl;//0x2220b20
std::cout << *ptr  << std::endl;//輸出 10  
#endif

  return 0;  
}           

我們再看看通過函數入參傳入智能指針的效果：

（可以通過對下列代碼11行處 #if 後數值改成0或1進行驗證）

#include <iostream>  
#include <memory>  

struct s_test_
{
    std::shared_ptr<int> ptr;
};

void fun(s_test_ & s_temp)
{
#if 1
    //智能指針shared_ptr取引用後，引用計數并沒有增加, 引用變量設定為nulls_temp.ptr後，原智能指針内部資料也已經無效
    auto &t = s_temp.ptr;
    int *p = t.get();  
    *p = 20;  
    std::cout << "s_temp.ptr count: " << s_temp.ptr.use_count() << std::endl; // 列印引用計數, 1
    std::cout << t.get() << std::endl;//0x1331b20
    std::cout << s_temp.ptr.get() << std::endl;//0x1331b20

    t = nullptr;// 顯式銷毀所指對象
    std::cout << "s_temp.ptr count: " << s_temp.ptr.use_count() << std::endl; // 列印引用計數, 1
    std::cout << p  << std::endl;//0x1331b20
    std::cout << s_temp.ptr  << std::endl;//0
    //std::cout << *(s_temp.ptr) << std::endl;//異常
    std::cout << s_temp.ptr.get() << std::endl;//0
#else
    //定義新指針指向“智能指針shared_ptr”後，引用計數增加,新指針設定為nulls_temp.ptr後，原智能指針内部資料不影響
    auto t = s_temp.ptr;  
    int *p = t.get();  
    *p = 20;  
    std::cout << "s_temp.ptr count: " << s_temp.ptr.use_count() << std::endl; // 列印引用計數, 2
    std::cout << t.get() << std::endl;//0x2220b20
    std::cout << s_temp.ptr.get() << std::endl;//0x2220b20

    t = nullptr;// 顯式銷毀所指對象
    std::cout << "s_temp.ptr count: " << s_temp.ptr.use_count() << std::endl; // 列印引用計數, 1
    std::cout << p  << std::endl;//0x2220b20
    std::cout << s_temp.ptr  << std::endl;//0x2220b20
    std::cout << *(s_temp.ptr)  << std::endl;//輸出 20  
#endif
}

int main() 
{  
    s_test_ s1;
    s1.ptr = std::make_shared<int>(5);
    std::cout << "s1.ptr count: " << s1.ptr.use_count() << std::endl; // 列印引用計數, 1

    // 擷取原始指針并進行指派操作  
    int *p = s1.ptr.get();  
    *p = 10;  

    // 輸出結果，發現值已經被修改  
    std::cout << *(s1.ptr) << std::endl; // 輸出 10  

    fun(s1);
    std::cout << *(s1.ptr) << std::endl; // 輸出 20  

    return 0;  
}           

demo驗證結果：

智能指針shared_ptr取引用

定義新指針指向“智能指針shared_ptr”