擁抱智慧指針，告別記憶體泄露

2019 年 11 月 13 日
筆記

前言

我們都知道，當申請的記憶體在不用時忘記釋放，導致記憶體泄漏。長期來看，記憶體泄漏的危害是巨大的，它導致可用記憶體越來越少，甚至拖慢系統，最終進程可能被OOM（out of memory）機制殺死。

C與C++中的記憶體泄漏

在C語言中，我們用malloc申請記憶體，free釋放記憶體；在C++中，也可以使用它們，不過對於自定義類型，常常會使用new申請，delete來釋放。它們都有同樣的問題，一旦申請了，但是忘了釋放，就會造成記憶體泄漏，而已經釋放了又仍然去訪問它，則造成更加直接的嚴重後果。一個簡單的例子：

//main.c  #include<stdio.h>  #include<stdlib.h>  int main(void)  {      char *p = NULL;      int i = 0;      while(1)      {          p = malloc(1024);          snprintf(p,1024,"%6dn",i);          i++;      }      return 0;  }

這是一個很明顯的記憶體泄漏的例子，malloc申請記憶體後，從來沒有釋放過，編譯運行一段時間後，可能被直接被kill。有興趣也可以通過top命令觀察其記憶體變化。

也就是說，C/C++中自己用的記憶體，要自己記得還回去。

而即便有的時候，你記得delete了，但是中間出現異常，導致delete沒法執行，同樣導致記憶體泄漏，例如：

Test test = new Test();  /*do some thing*/  delete test;

如果在執行某些操作的時候拋出異常，就可能導致delete無法執行到，從而導致記憶體泄漏。

Java程式設計師的幸福

Java程式運行在Java虛擬機上，它有一套垃圾回收（GC）機制，它會定期地回收那些不再被使用的記憶體，可以有效的防止記憶體泄露（但不能避免，Java中同樣存在記憶體泄漏）。

但是另外一方面，由於垃圾回收並不是立即的，時機也不是確定的，同時回收機制本身可能比較複雜，會佔用空間和時間開銷，畢竟C/C++注重效率。

智慧指針

為了既能最大程度的避免記憶體泄漏又能兼顧效率，C++11標準引入了智慧指針shared_ptr和unique_ptr。

本文不詳細介紹它們的用法，本文旨在通俗地說明它的場景，幫助你理解。

shared_ptr

通常來說，動態申請了一片記憶體之後，可能會在多個地方會用到，對於裸指針，你需要自己記住在什麼地方釋放記憶體，不能在有別的地方還在使用的時候，你就釋放，也不能忘記釋放。如果是這樣，為什麼不在有人用的時候，就增加引用計數，而不用的時候（離開作用域或者生命周期外）就較少引用計數呢，如果引用計數為0，則自動釋放記憶體。

舉個通俗的例子，假設一個房間里有自動感應燈光。有人在的時候，燈亮了（申請使用記憶體），再來一個人，這個燈還是亮著，人數增加，而這兩個人走掉的時候，房間空了，感應不到人（引用計數為0）的時候，燈就可以自動滅了（自動釋放記憶體），這樣也就最大程度地利用了燈光。

不過它的實現要考慮的因素很多，例如如何原子地增加引用計數。所以它在一定程度上比裸指針開銷要大。

unique_ptr

與shared_ptr不同，unique_ptr專屬某個對象資源。也就是說，如果某個對象有一個專屬管理，它不能被複制，那麼當這個專屬管理不再使用的時候，就可以自動釋放記憶體了。

同樣一個通俗的例子，我們現在在很多洗手間都可以看到自動感應的水龍頭，一個水龍頭通常只供一個人使用（申請並佔用資源），而當這個人離開的時候，水龍頭自動關閉（自動釋放記憶體）。

而對於老式的水龍頭，一旦忘了關了（好像一般也不會忘），就會一直浪費水。

weak_ptr

還有一種情況，對於某些對象，如它可能作為快取。它有的時候，我就用一下，沒有的時候就不用，也不負責去管理資源的釋放資源，豈不美哉？

總結

C++新引入的智慧指針在使用得當的情況下，可告別記憶體泄漏。具體用法，我們在後面的文章進行介紹。