C++带有指针成员的类处理方式详解

在一个类中，如果类没有指针成员，一切方便，因为默认合成的析构函数会自动处理所有的内存。但是如果一个类带了指针成员，那么需要我们自己来写一个析构函数来管理内存。在<<c++ primer>> 中写到，如果一个类需要我们自己写析构函数，那么这个类，也会需要我们自己写拷贝构造函数和拷贝赋值函数。

析构函数：

我们这里定义一个类HasPtr，这个类中包含一个int 类型的指针。然后定义一个析构函数，这个函数打印一句话。

HasPtr.h 类的头文件

#pragma once
#ifndef __HASPTR__
#define __HASPTR__

class HasPtr
{
public:
 HasPtr(int i,int *p);
 //HasPtr& operator=(HasPtr&);
 //HasPtr(const HasPtr&);
 ~HasPtr();
 int get_ptr_value();
 void set_ptr_value(int *p);
 int get_val();
 void set_val(int v);
private:
 int val;
 int *ptr;
};

#endif // !__HASPTR__

HasPtr.cpp 类的实现

#include "stdafx.h"

#include <iostream>
#include "HasPtr.h"

using namespace std;

HasPtr::HasPtr(int i, int *p)
{
 val = i;
 ptr = p;
}

int HasPtr::get_ptr_value()
{
 return *ptr;
}

void HasPtr::set_ptr_value(int *p)
{
 ptr = p;
}

int HasPtr::get_val()
{
 return val;
}

void HasPtr::set_val(int v)
{
 val = v;
}

HasPtr::~HasPtr()
{
 cout << "destructor of HasPtr " << endl;
}

ClassWithPointer 类，包含main入口，HasPtr在stack上。

// ClassWithPointer.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include "HasPtr.h"
using namespace std;

int main()
{
 int temp = 100;
 HasPtr ptr(2,&temp);
 cout << ptr.get_ptr_value() << endl;
 cout << ptr.get_val() << endl;
 system("PAUSE");
 system("PAUSE");
 return 0;
}

执行该入口方法，发现最后还是打印了析构函数这句话，OK，在main 方法中，stack上定义了一个HasPtr，在main方法退出前，析构函数自动调用了。

如果将HasPtr改为动态对象，也就是放在堆上呢？

ClassWithPointer 类，包含main入口，HasPtr在heap上。

// ClassWithPointer.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include "HasPtr.h"
using namespace std;

int main()
{
 int temp = 100;
 //HasPtr ptr(2,&temp);
 HasPtr *ptr = new HasPtr(2,&temp);
 cout << ptr->get_ptr_value() << endl;
 cout << ptr->get_val() << endl;
 system("PAUSE");
 return 0;
}

执行一下，发现析构函数没有调用。OK，我们在return 0前面添加一个delete ptr; 析构函数执行了。

所以，这里有两个结论：

当一个对象在stack 上时，析构函数自动调用。
当一个对象在heap上时，需要调用delete 语句，析构函数才会被执行。

现在在析构函数中调用delete 语句来删除指针成员。

头文件不变，HasPtr.cpp 文件代码如下：

 #include "stdafx.h"

#include <iostream>
#include "HasPtr.h"

using namespace std;

HasPtr::HasPtr(int i, int *p)
{
 val = i;
 ptr = p;
}

int HasPtr::get_ptr_value()
{
 return *ptr;
}

void HasPtr::set_ptr_value(int *p)
{
 ptr = p;
}

int HasPtr::get_val()
{
 return val;
}

void HasPtr::set_val(int v)
{
 val = v;
}

HasPtr::~HasPtr()
{
 cout << "destructor of HasPtr " << endl;
 delete ptr;
}

ClassWithPointer 代码如下：

// ClassWithPointer.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include "HasPtr.h"
using namespace std;

int main()
{
 int temp = 100;
 HasPtr ptr(2,&temp);
 cout << ptr.get_ptr_value() << endl;
 cout << ptr.get_val() << endl;
 system("PAUSE");
 return 0;
}

执行一下，正常打印结束后，抛出错误：

这里说明delete 不能删除stack 上的指针值。

现在在ClassWithPointer传入一个动态指针来测试一下。

// ClassWithPointer.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include "HasPtr.h"
using namespace std;

int main()
{
int temp = 100;
HasPtr ptr(2,&temp);
cout << ptr.get_ptr_value() << endl;
cout << ptr.get_val() << endl;
system("PAUSE");
return 0;
}

执行后析构函数正常运行。所以这里有两个结论：

delete 语句不能删除stack 上的指针值。
delete 语句只能删除heap上的指针值，也就是new 出来的对象。

默认拷贝构造函数和默认赋值操作：

这里我们调用默认的构造函数和默认的赋值操作，看看会出现什么，为了方便查看，我在析构函数中打印了当前对象的地址，以及在main方法中打印了对象地址，这样就可以看到哪个对象调用了析构函数：

HasPtr.cpp 代码如下：

#include "stdafx.h"

#include <iostream>
#include "HasPtr.h"

using namespace std;

HasPtr::HasPtr(int i, int *p)
{
 val = i;
 ptr = p;
}

int HasPtr::get_ptr_value()
{
 return *ptr;
}

void HasPtr::set_ptr_value(int *p)
{
 ptr = p;
}

int HasPtr::get_val()
{
 return val;
}

void HasPtr::set_val(int v)
{
 val = v;
}

HasPtr::~HasPtr()
{
 cout << "destructor of HasPtr " << this << endl;
 delete ptr;
}

ClassWithPointer 代码如下：

// ClassWithPointer.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include "HasPtr.h"
using namespace std;

int main()
{
 int *temp = new int(100);
 HasPtr ptr(2,temp);
 cout << "ptr-------------->" << &ptr << endl;
 cout << ptr.get_ptr_value() << endl;
 cout << ptr.get_val() << endl;
 
 HasPtr ptr2(ptr);
 cout << "ptr2-------------->" << &ptr2 << endl;
 cout << ptr2.get_ptr_value() << endl;
 cout << ptr2.get_val() << endl;
 
 HasPtr ptr3 = ptr;
 cout << "ptr3-------------->" << &ptr3 << endl;
 cout << ptr3.get_ptr_value() << endl;
 cout << ptr3.get_val() << endl;

 system("PAUSE");
 return 0;
}

运行结果如下，最后还是报错了：

其实程序运行到第二个析构函数时，报错了。报错原因是，ptr 其实已经是pending指针了，因为这个ptr 指针所指向的地址已经被delete了。

不过我们这里最起码可以知道默认的拷贝构造函数和赋值操作，也是会直接复制指针值的，不是指针所指向的值。是指针变量的值，也就是地址。

所以这里引申出来的问题是：如何管理对象中指针成员的内存？这个是一个核心问题。

上面的例子，就是默认的方式，但是管理失败了，因为析构函数到最后会删除pending 指针，导致异常发生。

智能指针：

引入一个类U_Ptr，用来管理我们需要在业务对象中需要的指针变量，假设为int *p。头文件如下：

#pragma once
#ifndef __UPTR__
#define __UPTR__
#include "HasPtr.h"
#include <iostream>

using namespace std;
class U_Ptr
{
 friend class HasPtr;
 int *ip;
 size_t use;

 U_Ptr(int *p):ip(p),use(1) {}
 ~U_Ptr() 
 {
  cout << "destruction:"<< *ip << endl;
  delete ip;
 }
};
#endif // !__UPTR__

现在我们的业务对象还是HasPtr。头文件如下：

#pragma once
#ifndef __HASPTR__
#define __HASPTR__
#include "U_Ptr.h"
class HasPtr
{
public:
 HasPtr(int *p, int i):ptr(new U_Ptr(p)),val(i){}

 HasPtr(const HasPtr &orgi) :ptr(orgi.ptr), val(orgi.val) 
 {
  ++ptr->use; 
  cout << "coming into copy construction:" << ptr->use << endl;
 }

 HasPtr& operator=(const HasPtr &rhs);

 ~HasPtr();

 int get_ptr_value() const;
 int get_int() const;
 void set_ptr(int *p);
 void set_int(int i);
private:
 U_Ptr *ptr;
 int val;
};

#endif // !__HASPTR__

HasPtr.cpp 实现如下：

#include "stdafx.h"
#include "HasPtr.h"
#include <iostream>

using namespace std;

HasPtr& HasPtr::operator=(const HasPtr &rhs)
{
 ++rhs.ptr->use;
 if (--ptr->use == 0)
 {
  delete ptr;
 }
 ptr = rhs.ptr;
 val = rhs.val;
 return *this;
}

HasPtr::~HasPtr()
{
 cout << "destruction:" << ptr->use << endl;
 if (--ptr->use == 0)
 {
  delete ptr;
 }
}

int HasPtr::get_ptr_value() const
{
 return *ptr->ip;
}
int HasPtr::get_int() const
{
 return val;
}
void HasPtr::set_ptr(int *p)
{
 ptr->ip = p;
}
void HasPtr::set_int(int i)
{
 val = i;
}

测试类如下：

// SmartPointer.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include "HasPtr.h"
#include <iostream>

using namespace std;


int main()
{
 int *temp = new int(100);
 HasPtr ptr(temp,22);
 cout << "ptr------------>" << endl;
 cout << ptr.get_ptr_value() << endl;
 cout << ptr.get_int() << endl;
 HasPtr ptr2(ptr);
 cout << "ptr2------------>" << endl;
 cout << ptr2.get_ptr_value() << endl;
 cout << ptr2.get_int() << endl;
 system("PAUSE");
 return 0;
}

我们把U_Ptr 叫做智能指针，用于帮我们管理需要的指针成员。我们的业务对象HasPtr对象包含一个智能指针，这个指针在HasPtr 对象创建时创建，智能指针的use 变量用来记录业务对象HasPtr对象被复制了多少次，也就是说，有多少个相同的指针指向了ptr所指向的地方。如果要记录HasPtr对象一共有多少个一样的，那么就需要在拷贝构造函数和赋值操作处进行对use变量加一操作，在析构函数处进行减一操作。当减到0时，删除指针。