스마트 포인터(최신 C++)

최신 C++ 프로그래밍에서 표준 라이브러리에는 프로그램이 메모리 및 리소스 누수 없이 예외로부터 안전한지 확인하는 데 사용되는 스마트 포인터가 포함되어 있습니다.

스마트 포인터 용도

스마트 포인터는 메모리> 헤더 파일의 네임스페이<스에 정의됩니다.std RAII 또는 리소스 획득 초기화 프로그래밍 관용구에 매우 중요합니다. 이 관용구의 주요 목표는 개체의 모든 자원 생성이 한 줄의 코드에서 만들어지고 준비되어 그 개체가 초기화되는 동시에 자원 수집이 발생하는 것을 확인하는 것입니다. 실제로 RAII의 기본 원칙은 힙 할당 리소스(예: 동적 할당 메모리 또는 시스템 개체 핸들)의 소유권을 해당 소멸자가 리소스를 삭제하거나 비우는 코드 및 모든 관련 정리 코드가 포함된 스택 할당 개체에 제공하는 것입니다.

대부분의 경우 실제 리소스를 가리키도록 기본 포인터 또는 리소스 핸들을 초기화할 때는 포인터를 스마트 포인터로 즉시 전달합니다. 현대적인 C++에서 기본 포인터는 성능이 중요하며, 소유권 관련 혼동 여지가 없는 제한된 범위, 루프 또는 지원 함수의 작은 코드 블록에서만 사용됩니다.

다음 예제에서는 원시 포인터 선언을 스마트 포인터 선언과 비교합니다.

void UseRawPointer()
{
    // Using a raw pointer -- not recommended.
    Song* pSong = new Song(L"Nothing on You", L"Bruno Mars"); 

    // Use pSong...

    // Don't forget to delete!
    delete pSong;   
}


void UseSmartPointer()
{
    // Declare a smart pointer on stack and pass it the raw pointer.
    unique_ptr<Song> song2(new Song(L"Nothing on You", L"Bruno Mars"));

    // Use song2...
    wstring s = song2->duration_;
    //...

} // song2 is deleted automatically here.

예제에서와 같이 스마트 포인터는 스택에서 선언되고 힙 할당 개체를 가리키는 원시 포인터를 사용하여 초기화하는 스마트 포인터입니다. 스마트 포인터가 초기화되면 원시 포인터를 소유합니다. 원시 포인터가 지정한 메모리를 스마트 포인터가 삭제해야 함을 의미합니다. 스마트 포인터 소멸자에는 삭제할 호출이 포함되며, 스마트 포인터는 스택에 선언되기 때문에 스마트 포인터가 범위를 벗어나면 스택의 다른 위치에서 예외가 throw되더라도 해당 소멸자가 호출됩니다.

스마트 포인터 클래스 오버로드가 캡슐화된 원시 포인터를 반환하는 익숙한 포인터 연산자인 ->*를 사용하여 캡슐화된 포인터에 액세스합니다.

C++ 스마트 포인터 관용구는 C# 같은 언어에서의 개체 생성과 유사합니다. 즉 개체를 생성한 후 시스템이 정확한 시간에 그것을 지울 수 있도록 합니다. 백그라운드에서 실행된 별도 가비지 컬렉션기는 런타임 환경을 빠르고 효율적이게 만드는 표준 C++ 범위 지정 규칙을 통해 관리되는 메모리라는 것이 차이점입니다.

중요

매개 변수 목록이 아닌 별도 코드 줄에서 스마트 포인터를 만들어야 특정 매개 변수 목록 할당 규칙으로 인해 아주 작은 리소스 누수도 발생하지 않습니다.

다음 예제에서는 C++ 표준 라이브러리의 스마트 포인터 형식을 사용하여 큰 개체에 대한 포인터를 캡슐화하는 방법을 unique_ptr 보여 줍니다.


class LargeObject
{
public:
    void DoSomething(){}
};

void ProcessLargeObject(const LargeObject& lo){}
void SmartPointerDemo()
{    
    // Create the object and pass it to a smart pointer
    std::unique_ptr<LargeObject> pLarge(new LargeObject());

    //Call a method on the object
    pLarge->DoSomething();

    // Pass a reference to a method.
    ProcessLargeObject(*pLarge);

} //pLarge is deleted automatically when function block goes out of scope.

이 예제는 다음과 같이 스마트 포인터를 사용하는 필수 단계를 보여 줍니다.

  1. 스마트 포인터를 자동(지역) 변수로 선언합니다. (스마트 포인터 자체에서 new 또는 malloc 식을 사용하지 마세요.)

  2. 형식 매개 변수에서 캡슐화된 포인터가 가리키는 대상의 형식을 지정합니다.

  3. 스마트 포인터 new생성자의 -ed 개체에 원시 포인터를 전달합니다. (일부 유틸리티 기능 또는 스마트 포인터 생성자로 이 작업을 자동으로 수행할 수 있습니다.)

  4. 오버로드된 ->* 연산자를 사용하여 개체에 액세스합니다.

  5. 스마트 포인터로 개체를 삭제할 수 있습니다.

스마트 포인터는 메모리 및 성능 관점에서 최대한 효율적으로 사용할 수 있도록 설계되었습니다. 예를 들어, unique_ptr의 유일한 데이터 멤버는 캡슐화된 포인터입니다. 즉, unique_ptr은 해당 포인터와 정확히 동일한 크기(4바이트 또는 8바이트)입니다. 오버로드된 스마트 포인터 * 및 -> 연산자를 사용하여 캡슐화된 포인터에 액세스하는 것은 원시 포인터에 직접 액세스하는 것보다 훨씬 느리지 않습니다.

스마트 포인터에는 "점" 표기법을 사용하여 액세스하는 고유한 멤버 함수가 있습니다. 예를 들어 일부 C++ 표준 라이브러리 스마트 포인터에는 포인터의 소유권을 해제하는 재설정 멤버 함수가 있습니다. 다음 예에 표시된 것처럼 스마트 포인터가 범위를 벗어나기 전에 스마트 포인터에서 소유하는 메모리를 비우려는 경우에 유용합니다.

void SmartPointerDemo2()
{
    // Create the object and pass it to a smart pointer
    std::unique_ptr<LargeObject> pLarge(new LargeObject());

    //Call a method on the object
    pLarge->DoSomething();

    // Free the memory before we exit function block.
    pLarge.reset();

    // Do some other work...

}

스마트 포인터는 일반적으로 원시 포인터에 직접 액세스하는 방법을 제공합니다. C++ 표준 라이브러리 스마트 포인터에는 이러한 용도의 get 멤버 함수가 있으며 CComPtr 공용 p 클래스 멤버가 있습니다. 기본 포인터에 대한 직접 액세스를 제공하면 스마트 포인터를 사용하여 자체 코드에서 메모리를 관리하고 스마트 포인터를 지원하지 않는 코드에 원시 포인터를 전달할 수 있습니다.

void SmartPointerDemo4()
{
    // Create the object and pass it to a smart pointer
    std::unique_ptr<LargeObject> pLarge(new LargeObject());

    //Call a method on the object
    pLarge->DoSomething();

    // Pass raw pointer to a legacy API
    LegacyLargeObjectFunction(pLarge.get());    
}

스마트 포인터 종류

다음 섹션에서는 다양한 종류의 Windows 프로그래밍 환경에서 사용할 수 있는 스마트 포인터에 대한 정보를 요약하고 사용하는 경우에 대해 설명합니다.

C++ 표준 라이브러리 스마트 포인터

POCO(Plain Old C++ 개체)에 대한 포인터를 캡슐화하는 데 가장 먼저 스마트 포인터를 사용합니다.

  • unique_ptr
    기본 포인터로 한 명의 소유자만 허용합니다. shared_ptr이 필요하다는 점을 확실히 알 경우 POCO의 기본 선택으로 사용합니다. 새 소유자로 이동할 수 있지만 복사하거나 공유할 수 없습니다. 사용하지 않는 auto_ptr을 대체합니다. boost::scoped_ptr과 비교합니다. unique_ptr 는 작고 효율적입니다. 크기는 하나의 포인터이며 C++ 표준 라이브러리 컬렉션에서 빠른 삽입 및 검색을 위한 rvalue 참조를 지원합니다. 헤더 파일: <memory>. 자세한 내용은 방법: unique_ptr 인스턴스 만들기 및 사용unique_ptr 클래스를 참조하세요.

  • shared_ptr
    참조 횟수가 계산되는 스마트 포인터입니다. 원시 포인터 하나를 여러 소유자에게 할당하려고 할 경우 사용합니다(예: 컨테이너에서 포인터 복사본을 반환할 때 원본을 유지하고 싶을 경우). 원시 포인터는 모든 shared_ptr 소유자가 범위를 벗어나거나 소유권을 포기할 때까지 삭제되지 않습니다. 크기는 2개의 포인터입니다. 하나는 개체용이고, 다른 하나는 참조 횟수가 포함된 공유 제어 블록용입니다. 헤더 파일: <memory>. 자세한 내용은 방법: shared_ptr 인스턴스 만들기 및 사용shared_ptr 클래스를 참조하세요.

  • weak_ptr
    shared_ptr과 함께 사용할 수 있는 특별한 경우의 스마트 포인터입니다. weak_ptr은 하나 이상의 shared_ptr 인스턴스가 소유하는 개체에 대한 액세스를 제공하지만, 참조 수 계산에 참가하지 않습니다. 개체를 관찰하는 동시에 해당 개체를 활성 상태로 유지하지 않으려는 경우 사용합니다. shared_ptr 인스턴스 사이의 순환 참조를 차단하기 위해 필요한 경우도 있습니다. 헤더 파일: <memory>. 자세한 내용은 방법: weak_ptr 인스턴스 만들기 및 사용weak_ptr 클래스를 참조하세요.

COM 개체에 대한 스마트 포인터(클래식 Windows 프로그래밍)

COM 개체를 사용하는 경우 인터페이스 포인터를 적절한 스마트 포인터 형식으로 래핑합니다. ATL(Active Template Library)은 다양한 목적을 위해 여러 스마트 포인터를 정의합니다. .tlb 파일에서 래퍼 클래스를 만들 때 컴파일러가 사용하는 _com_ptr_t 스마트 포인터 형식을 사용할 수도 있습니다. ATL 헤더 파일을 포함하지 않으려는 경우에 가장 좋습니다.

CComPtr 클래스
ATL을 사용할 수 없는 이상 이 형식을 사용합니다. AddRefRelease 메서드를 사용하여 참조 수 계산을 수행합니다. 자세한 내용은 방법: CComPtr 및 CComQIPtr 인스턴스 만들기 및 사용을 참조하세요.

CComQIPtr 클래스
CComPtr과 유사하지만 COM 개체에서 QueryInterface를 호출하는 간단한 구문을 제공합니다. 자세한 내용은 방법: CComPtr 및 CComQIPtr 인스턴스 만들기 및 사용을 참조하세요.

CComHeapPtr 클래스
CoTaskMemFree를 사용하여 메모리를 해제하는 개체에 대한 스마트 포인터

CComGITPtr 클래스
GIT(전역 인터페이스 테이블)에서 가져온 인터페이스에 대한 스마트 포인터입니다.

_com_ptr_t 클래스
기능 면에서 CComQIPtr과 유사하지만 ATL 헤더에 의존하지 않습니다.

POCO 개체에 대한 ATL 스마트 포인터

ATL은 COM 개체에 대한 스마트 포인터 외에도 POCO(일반 이전 C++ 개체)에 대한 스마트 포인터 및 스마트 포인터 컬렉션을 정의합니다. 클래식 Windows 프로그래밍에서 이러한 형식은 특히 코드 이식성이 필요하지 않거나 C++ 표준 라이브러리 및 ATL의 프로그래밍 모델을 혼합하지 않으려는 경우 C++ 표준 라이브러리 컬렉션에 대한 유용한 대안입니다.

CAutoPtr 클래스
복사 소유권을 전송하여 고유 소유권을 적용하는 스마트 포인터입니다. 사용되지 않는 std::auto_ptr 클래스에 비교할 수 있습니다.

CHeapPtr 클래스
C malloc 함수를 사용하여 할당된 개체에 대한 스마트 포인터입니다.

CAutoVectorPtr 클래스
배열을 위해 new[]를 사용하여 할당하는 스마트 포인터입니다.

CAutoPtrArray 클래스
CAutoPtr 요소 배열을 캡슐화하는 클래스입니다.

CAutoPtrList 클래스
CAutoPtr 노드 목록을 조작하기 위해 메서드를 캡슐화하는 클래스입니다.

참조

포인터
C++ 언어 참조
C++ 표준 라이브러리