自定义删除器解决了智能指针管理非堆内存资源的问题,使资源能自动释放。1. 它扩展了智能指针的适用范围,可管理文件句柄、网络连接等系统资源;2. 避免资源泄漏,确保异常安全下的资源释放;3. 与c api无缝集成,简化第三方库资源管理;4. 明确所有权语义,提升代码可读性。unique_ptr的删除器是类型的一部分,适用于独占所有权且无额外内存开销;shared_ptr的删除器通过构造函数传入,支持类型擦除,适用于共享所有权和多态场景。使用时需遵循最佳实践,如标记noexcept以避免析构异常导致程序终止。

C++中实现自定义删除器,本质上就是告诉智能指针,当它所管理的资源不再需要时,应该如何进行清理,而不是简单地调用delete。这极大地扩展了智能指针的管理范围,使其不仅限于堆内存,还能优雅地处理文件句柄、网络连接、互斥锁、C风格分配的内存等各种系统资源,确保资源的安全自动释放。

在C++中,std::unique_ptr和std::shared_ptr都支持自定义删除器,但它们的实现方式和对智能指针类型的影响有所不同。

对于 std::unique_ptr:
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unique_ptr的自定义删除器是通过模板参数指定的。这意味着删除器的类型会成为unique_ptr类型的一部分。

#include <iostream>
#include <memory>
#include <cstdio> // For FILE* and fclose
// 1. 使用Lambda表达式作为删除器 (最常用且简洁)
// 适用于简单、一次性的清理逻辑
void demo_unique_ptr_lambda() {
std::cout << "--- unique_ptr with Lambda Deleter ---" << std::endl;
// 打开一个文件
FILE* file = std::fopen("test_lambda.txt", "w");
// 定义一个lambda作为删除器,捕获file指针并调用fclose
// 注意:lambda必须是noexcept的,否则可能导致程序终止
auto file_closer = [](FILE* f) noexcept {
if (f) {
std::cout << "Closing file (lambda): " << f << std::endl;
std::fclose(f);
}
};
// unique_ptr的模板参数需要指定删除器类型
std::unique_ptr<FILE, decltype(file_closer)> up_file(file, file_closer);
if (up_file) {
std::fputs("Hello from unique_ptr lambda!", up_file.get());
}
// up_file超出作用域时,file_closer会被调用
std::cout << "unique_ptr lambda demo end." << std::endl;
}
// 2. 使用函数对象(Functor)作为删除器 (适用于复杂或可复用的清理逻辑)
// 定义一个结构体,重载operator()
struct FileDeleter {
void operator()(FILE* f) const noexcept {
if (f) {
std::cout << "Closing file (functor): " << f << std::endl;
std::fclose(f);
}
}
};
void demo_unique_ptr_functor() {
std::cout << "\n--- unique_ptr with Functor Deleter ---" << std::endl;
FILE* file = std::fopen("test_functor.txt", "w");
// unique_ptr的模板参数需要指定删除器类型
std::unique_ptr<FILE, FileDeleter> up_file(file, FileDeleter());
if (up_file) {
std::fputs("Hello from unique_ptr functor!", up_file.get());
}
std::cout << "unique_ptr functor demo end." << std::endl;
}
// 3. 使用函数指针作为删除器 (适用于C风格的清理函数)
// 注意:函数指针的类型也必须作为模板参数
void close_my_file(FILE* f) noexcept {
if (f) {
std::cout << "Closing file (function pointer): " << f << std::endl;
std::fclose(f);
}
}
void demo_unique_ptr_func_ptr() {
std::cout << "\n--- unique_ptr with Function Pointer Deleter ---" << std::endl;
FILE* file = std::fopen("test_func_ptr.txt", "w");
// unique_ptr的模板参数需要指定删除器类型 (这里是 void(*)(FILE*))
std::unique_ptr<FILE, decltype(&close_my_file)> up_file(file, &close_my_file);
if (up_file) {
std::fputs("Hello from unique_ptr function pointer!", up_file.get());
}
std::cout << "unique_ptr function pointer demo end." << std::endl;
}对于 std::shared_ptr:
shared_ptr的自定义删除器作为构造函数的额外参数传入。这意味着删除器的类型不会成为shared_ptr类型的一部分,这使得shared_ptr在处理不同清理逻辑的资源时,类型保持一致,更具多态性。
// 1. 使用Lambda表达式作为删除器 (最常用且简洁)
void demo_shared_ptr_lambda() {
std::cout << "\n--- shared_ptr with Lambda Deleter ---" << std::endl;
FILE* file = std::fopen("test_shared_lambda.txt", "w");
// shared_ptr的删除器作为构造函数的第二个参数传入
// 注意:这里的lambda同样应该是noexcept的
std::shared_ptr<FILE> sp_file(file, [](FILE* f) noexcept {
if (f) {
std::cout << "Closing file (shared_ptr lambda): " << f << std::endl;
std::fclose(f);
}
});
if (sp_file) {
std::fputs("Hello from shared_ptr lambda!", sp_file.get());
}
// sp_file超出作用域且引用计数归零时,lambda会被调用
std::cout << "shared_ptr lambda demo end." << std::endl;
}
// 2. 使用函数对象(Functor)作为删除器
struct SharedFileDeleter {
void operator()(FILE* f) const noexcept {
if (f) {
std::cout << "Closing file (shared_ptr functor): " << f << std::endl;
std::fclose(f);
}
}
};
void demo_shared_ptr_functor() {
std::cout << "\n--- shared_ptr with Functor Deleter ---" << std::endl;
FILE* file = std::fopen("test_shared_functor.txt", "w");
std::shared_ptr<FILE> sp_file(file, SharedFileDeleter());
if (sp_file) {
std::fputs("Hello from shared_ptr functor!", sp_file.get());
}
std::cout << "shared_ptr functor demo end." << std::endl;
}
// 3. 使用函数指针作为删除器
void shared_close_my_file(FILE* f) noexcept {
if (f) {
std::cout << "Closing file (shared_ptr function pointer): " << f << std::endl;
std::fclose(f);
}
}
void demo_shared_ptr_func_ptr() {
std::cout << "\n--- shared_ptr with Function Pointer Deleter ---" << std::endl;
FILE* file = std::fopen("test_shared_func_ptr.txt", "w");
std::shared_ptr<FILE> sp_file(file, &shared_close_my_file);
if (sp_file) {
std::fputs("Hello from shared_ptr function pointer!", sp_file.get());
}
std::cout << "shared_ptr function pointer demo end." << std::endl;
}
// 实际运行代码
int main() {
demo_unique_ptr_lambda();
demo_unique_ptr_functor();
demo_unique_ptr_func_ptr();
demo_shared_ptr_lambda();
demo_shared_ptr_functor();
demo_shared_ptr_func_ptr();
// 演示一个malloc/free的例子
std::cout << "\n--- shared_ptr with malloc/free ---" << std::endl;
char* buffer = static_cast<char*>(std::malloc(100));
if (buffer) {
std::strcpy(buffer, "Hello from malloc'd buffer!");
std::cout << "Buffer content: " << buffer << std::endl;
}
// 使用lambda作为删除器来调用free
std::shared_ptr<char> sp_buffer(buffer, [](char* p) noexcept {
std::cout << "Freeing malloc'd buffer: " << static_cast<void*>(p) << std::endl;
std::free(p);
});
std::cout << "shared_ptr malloc/free demo end." << std::endl;
return 0;
}说实话,刚开始接触智能指针时,很多人(包括我)可能只把它看作是new和delete的自动化工具,避免内存泄漏。但随着项目复杂度的提升,你会发现程序中需要管理的资源远不止堆内存。文件句柄、数据库连接、网络套接字、互斥锁、动态加载的DLL/SO库,甚至是C语言风格的malloc/free分配的内存,它们都有自己的“清理”方式,不一定就是简单的delete。
自定义删除器,正是智能指针能够超越传统内存管理,拥抱更广泛RAII(Resource Acquisition Is Initialization)原则的关键。它解决了以下几个核心痛点:
new出来的内存。但有了它,你可以用unique_ptr或shared_ptr来管理任何需要“关闭”、“释放”或“销毁”的资源。比如,std::unique_ptr<file decltype></file>就能完美管理C风格的文件流。这极大提升了代码的通用性和复用性。_close()或_destroy()函数来释放资源。自定义删除器就像一座桥梁,让这些C风格的资源也能享受到C++智能指针的便利和安全性,而无需为每个资源类型都手写一个RAII包装类。这简直是福音,特别是当你在一个C++项目中需要大量使用C库时。close()调用要清晰得多。std::unique_ptr与std::shared_ptr在自定义删除器上的差异及选择考量这俩哥们儿在处理自定义删除器时,确实有点儿不同,理解这些差异对于你选择合适的智能指针至关重要。我个人觉得,这体现了它们各自设计哲学上的细微差别。
std::unique_ptr:
unique_ptr类型的一部分。比如,std::unique_ptr<file decltype></file>和std::unique_ptr<file filedeleterstruct></file>是两种完全不同的类型。这意味着如果你有一个函数接受unique_ptr,它必须精确匹配这个类型,包括删除器类型。这在编写模板代码或者需要存储不同删除器类型的unique_ptr集合时,可能会带来一些不便。unique_ptr的实际大小通常和裸指针一样,几乎没有额外的内存开销。这是因为编译器可以优化掉存储删除器对象本身的空间。这种“零开销抽象”是C++设计哲学的一个体现,非常酷。unique_ptr实例管理。当这个unique_ptr被销毁或转移时,资源就会被释放或所有权转移。std::shared_ptr:
shared_ptr的自定义删除器作为构造函数的额外参数传入,它的类型不会成为shared_ptr类型的一部分。这意味着std::shared_ptr<file></file>无论你给它传入的是lambda、函数对象还是函数指针作为删除器,它的类型始终是std::shared_ptr<file></file>。这种“类型擦除”的特性让shared_ptr在多态场景下更加灵活,你可以把不同删除器管理的shared_ptr实例放到同一个std::vector<:shared_ptr>></:shared_ptr>中。shared_ptr为了实现引用计数和类型擦除,总是会有一个额外的控制块(control block)开销。这个控制块会存储引用计数、弱引用计数以及自定义删除器(如果存在的话)。所以,即使你的删除器是无状态的,shared_ptr的大小也总是比裸指针大,通常是裸指针的两倍(一个指针指向资源,一个指针指向控制块)。shared_ptr实例可以共同管理同一个资源。只有当所有指向该资源的shared_ptr实例都被销毁,引用计数归零时,自定义删除器才会被调用。选择考量:
我个人的经验是,优先考虑std::unique_ptr。如果一个资源确实只有单一所有者,并且不需要共享,那么unique_ptr是更高效、更清晰的选择,尤其是它在无状态删除器下的零开销特性非常吸引人。
只有当你明确需要以下特性时,才转向std::shared_ptr:
简而言之,unique_ptr是默认选项,shared_ptr是当共享所有权或类型擦除成为必要时的解决方案。
实现自定义删除器虽然强大,但也有一些需要注意的地方,否则可能会踩到一些坑。我在这里总结了一些经验和常见的错误,希望能帮助你避开它们。
最佳实践:
noexcept 标记删除器: 这是最最重要的一点!自定义删除器在智能指针析构时被调用,如果此时删除器抛出异常,会导致程序立即终止(std::terminate)。这是C++标准规定的,因为它无法在析构函数中处理异常。所以,无论你用lambda、函数对象还是函数指针,务必确保你的删除器是noexcept的。如果以上就是C++中如何实现自定义删除器 智能指针高级用法解析的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!
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