自定义删除器在智能指针中的应用 C++资源释放扩展方案

自定义删除器在智能指针中用于灵活扩展资源释放机制。1. 它解决默认delete操作的局限，如处理非new分配内存、系统资源释放、数组释放、额外清理操作及内存池管理；2. 实现方式包括函数指针、仿函数和lambda表达式，均可绑定到unique_ptr或shared_ptr；3. shared_ptr支持共享删除器，确保资源在所有引用销毁后正确释放；4. 使用时需注意性能开销，避免不必要的状态捕获并合理选择实现方式；5. 最佳实践包括匹配分配与释放方式、禁止异常抛出、编译检查及编写清晰文档。

自定义删除器在智能指针中扮演着资源释放的灵活扩展角色。它允许你超越默认的

delete

资源释放扩展方案

自定义删除器为智能指针提供了一种强大的资源释放机制，它通过允许用户定义资源释放的方式，扩展了智能指针的默认行为。

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为什么需要自定义删除器？默认的

delete

不够用吗？

默认情况下，智能指针使用

delete

delete[]

• 使用非

  new

  分配的内存： 如果内存不是通过

  new

  分配的，而是通过

  malloc

  或其他方式分配的，那么使用

  delete

  释放会导致未定义行为。
• 管理文件句柄或其他系统资源： 文件句柄、网络套接字等系统资源需要使用特定的函数（如

  fclose

  、

  closesocket

  ）来释放。
• 释放指向数组的指针： 默认的

  delete

  只能释放单个对象，而不能释放通过

  new[]

  分配的数组。
• 需要在释放前执行额外的清理操作： 在某些情况下，需要在释放资源之前执行一些额外的清理操作，例如关闭数据库连接、释放锁等。
• 使用自定义内存池： 当使用自定义内存池时，需要使用内存池提供的释放函数来释放内存。

自定义删除器可以解决这些问题，它允许你指定一个函数或函数对象，该函数或函数对象将在智能指针销毁时被调用，从而释放所管理的资源。

如何实现自定义删除器？代码示例胜于雄辩

实现自定义删除器的方式有很多种，最常见的是使用函数指针、函数对象（仿函数）或Lambda表达式。

1. 使用函数指针：

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#include 
#include 

void my_deleter(int* ptr) {
    std::cout << "Deleting memory allocated with malloc." << std::endl;
    free(ptr); // 假设 ptr 是通过 malloc 分配的
}

int main() {
    int* data = (int*)malloc(sizeof(int));
    if (data == nullptr) {
        return 1;
    }
    *data = 10;

    std::unique_ptr smart_ptr(data, my_deleter);
    // smart_ptr 超出作用域时，my_deleter 将会被调用
    return 0;
}

2. 使用函数对象（仿函数）：

#include 
#include 

struct MyDeleter {
    void operator()(int* ptr) const {
        std::cout << "Deleting memory using custom deleter." << std::endl;
        delete ptr;
    }
};

int main() {
    std::unique_ptr smart_ptr(new int(20));
    // smart_ptr 超出作用域时，MyDeleter 的 operator() 将会被调用
    return 0;
}

3. 使用Lambda表达式：

#include 
#include 

int main() {
    std::unique_ptr> smart_ptr(
        new int(30),
        [](int* ptr) {
            std::cout << "Deleting memory using lambda." << std::endl;
            delete ptr;
        }
    );
    // smart_ptr 超出作用域时，lambda 表达式将会被调用
    return 0;
}

这些示例展示了如何使用不同的方式来定义自定义删除器，并将其与

unique_ptr

shared_ptr

shared_ptr

的自定义删除器：更进一步的应用

shared_ptr

shared_ptr

#include 
#include 

void file_closer(FILE* fp) {
    std::cout << "Closing file." << std::endl;
    fclose(fp);
}

int main() {
    FILE* fp = fopen("example.txt", "w");
    if (fp == nullptr) {
        perror("Error opening file");
        return 1;
    }

    std::shared_ptr file_ptr(fp, file_closer);
    // 多个 shared_ptr 可以共享同一个 file_ptr，并在最后一个 shared_ptr 销毁时调用 file_closer
    return 0;
}

在这个例子中，

file_closer

shared_ptr

shared_ptr

file_closer

自定义删除器的性能考量：避免不必要的开销

虽然自定义删除器提供了很大的灵活性，但也需要注意性能开销。特别是当使用Lambda表达式作为删除器时，Lambda表达式可能会捕获一些状态，这会导致智能指针的大小增加。

• 避免捕获不必要的变量： 如果Lambda表达式不需要捕获任何状态，可以将其转换为函数指针，从而避免额外的开销。
• 使用函数对象代替Lambda表达式： 函数对象通常比Lambda表达式更有效率，因为它们没有捕获状态的开销。
• 考虑使用

  std::function

  ：

  std::function

  可以存储任何可调用对象，但它也有一定的性能开销。如果性能是关键，可以考虑使用函数指针或函数对象。

自定义删除器的最佳实践：让代码更清晰、更安全

• 确保删除器与资源的分配方式匹配： 如果资源是通过

  malloc

  分配的，那么删除器应该使用

  free

  来释放资源。
• 避免在删除器中抛出异常： 在删除器中抛出异常会导致程序崩溃。如果需要在删除器中处理异常，应该使用

  try-catch

  块来捕获异常，并进行适当的处理。
• 使用

  static_assert

  进行编译时检查： 可以使用

  static_assert

  来确保删除器的类型与智能指针的类型匹配。
• 编写清晰的文档： 应该编写清晰的文档来描述自定义删除器的作用和使用方法。

总而言之，自定义删除器是智能指针的一个强大特性，它允许你灵活地管理各种类型的资源。通过合理地使用自定义删除器，可以提高代码的安全性、可维护性和可扩展性。