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C++中的unique_ptr在多态中的应用

2023-06-29 22:00:31 深夜i -- --

C++ unique_ptr 多态应用智能指针

C++语言提供了多种类型的指针，包括原始指针和智能指针。在面向对象编程的环境下，多态是一种重要的概念，指的是同一个函数名可以有不同的形式和功能。

其中，unique_ptr是C++11标准中新增加的智能指针，用于管理对象和动态内存。unique_ptr的最大特点是它是独占式所有权，即同一时刻只有一个智能指针可以拥有对该对象的所有权，其他指针无法访问该对象。这种特性使得unique_ptr在多态中有着广泛的应用。

在多态中，由于基类和派生类之间的类型转换，使用原始指针可能会导致指针的误用和内存的泄漏。而使用unique_ptr可以有效地避免这些问题。当一个派生类对象被分配内存时，通过使用unique_ptr来管理指针，就可以防止其他指针误删除对象或在对象被删除之后继续访问它。

举个例子，假设有一个基类Animal和两个派生类Dog和Cat，它们都有一个抽象函数speak()，并且在派生类中被实现。


#include <memory>
#include <iostream>
class Animal {
public:
  virtual void speak() = 0;
};
class Dog : public Animal {
public:
  void speak()
    std::cout << "Woof!" << std::endl;
  
};
class Cat : public Animal {
public:
  void speak()
    std::cout << "Meow!" << std::endl;
  
};

在使用普通指针的情况下，容易出现内存泄漏和指针误用的问题。


int main() {
  Animal* animalPtr = new Cat(); // 使用 Cat 的构造函数生成动态（堆上）对象
  animalPtr->speak();
  delete animalPtr; // 释放内存，但是派生类对象不存在 virtual ~Animal()，不安全
  animalPtr = new Dog(); // 生成一个 Dog 对象，覆盖 animalPtr
  animalPtr->speak(); // Cat 对象已经被释放，此处访问是未定义行为
  delete animalPtr;
  return 0;
}

这时，使用unique_ptr可以避免这些问题。unique_ptr可以通过传入一个自定义的删除器来自动释放对象，并提供了对派生类对象的类型转换支持。创建一个指向派生类的unique_ptr指针可以像下面这样实现：


int main() {
  std::unique_ptr<Animal> animalUPtr = std::make_unique<Cat>(); // 创建 Cat 对象
  animalUPtr->speak();
  // unique_ptr 会在出作用域后自动释放对象
  animalUPtr = std::make_unique<Dog>(); // 覆盖类型，unique_ptr 支持基类向派生类的隐式类型转换
  animalUPtr->speak(); // 输出“Woof!”
  return 0;
}

在这个例子中，我们使用std::make_unique()函数在堆上创建了Cat对象，并将其初始化为unique_ptr，然后使用speak()来调用该对象的抽象函数。接着，我们又用std::make_unique()函数来创建一个Dog对象，覆盖了先前的Cat对象，并再次调用了抽象函数speak()。

这个例子解决了因指针转换而导致的内存泄漏和指针误用的问题。unique_ptr的独占式所有权可以确保只有一个指针能够访问该对象，避免了访问已经被释放的对象的风险。此外，unique_ptr还支持派生类和基类对象之间的隐式类型转换，这使得使用多态变得更加容易和安全。

总之，unique_ptr在多态中的应用是非常广泛和重要的。通过使用unique_ptr，我们可以避免指针的误用和内存泄漏，确保程序的健壮性和安全性。

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