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在串口通信中使用共享指针（`std::shared_ptr`）

news 2025/4/26 16:31:00

在串口通信中使用共享指针（std::shared_ptr）可以有效管理资源生命周期，避免内存泄漏和悬挂指针问题。以下是关键步骤和注意事项：

1. 管理串口对象生命周期

创建共享指针：使用 std::make_shared 初始化串口对象，确保资源自动管理。

#include <boost/asio.hpp>
#include <memory>auto port = std::make_shared<boost::asio::serial_port>(io_context);
port->open("/dev/ttyUSB0");

绑定到异步操作：在异步读写中捕获 shared_ptr，确保回调执行期间对象存活。

port->async_read_some(boost::asio::buffer(data),[port, data](const boost::system::error_code& ec, size_t bytes) {if (!ec) {// 处理数据，port 对象保持有效}});

2. 管理缓冲区

动态缓冲区：使用 shared_ptr 包裹数据缓冲区，避免异步操作未完成时数据被释放。

auto buffer = std::make_shared<std::vector<char>>(1024);
port->async_write_some(boost::asio::buffer(*buffer),[buffer, port](const boost::system::error_code& ec, size_t bytes) {// 写入完成前，buffer 保持有效});

3. 避免循环引用

使用 weak_ptr：若回调中需要访问父对象，使用 std::weak_ptr 打破循环引用。

class SerialHandler {
public:void start_read() {auto self = weak_from_this(); // C++17 的 weak_from_thisport_->async_read_some(/* ... */,[self](/* ... */) {if (auto ptr = self.lock()) {ptr->handle_read(ec, bytes);}});}
private:std::shared_ptr<boost::asio::serial_port> port_;
};

4. 自定义删除器

释放资源：某些库需手动关闭串口，通过自定义删除器确保正确释放。

auto deleter = [](boost::asio::serial_port* port) {if (port->is_open()) port->close();delete port;
};
std::shared_ptr<boost::asio::serial_port> port(new boost::asio::serial_port(io_context), deleter);

5. 线程安全与性能

原子性操作：shared_ptr 的引用计数是线程安全的，但对象内部仍需同步。

std::mutex mtx;
port->async_read_some(/* ... */,[port, &mtx](/* ... */) {std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);// 安全访问共享资源});

性能权衡：高频通信中，shared_ptr 的原子操作可能影响性能，可考虑对象池或静态分配。

6. 示例：完整异步读写

#include <boost/asio.hpp>
#include <memory>class SerialPort {
public:SerialPort(boost::asio::io_context& io, const std::string& device): port_(std::make_shared<boost::asio::serial_port>(io, device)) {}void start_async_read() {auto buffer = std::make_shared<std::vector<char>>(128);port_->async_read_some(boost::asio::buffer(*buffer),[this, buffer](const boost::system::error_code& ec, size_t bytes) {if (!ec) {process_data(*buffer, bytes);start_async_read(); // 持续读取}});}private:std::shared_ptr<boost::asio::serial_port> port_;void process_data(const std::vector<char>& data, size_t size) { /* ... */ }
};