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本期主题：
智能指针

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1.智能指针概述

1.解决了什么问题，智能在哪里

智能指针解决的问题：

解决了内存泄漏的问题，对于申请在堆上的内存（c语言是malloc，c++是new），程序员不需要主动释放，智能指针自动释放

2.对智能指针的原理猜想

1. 我们都知道栈上的内存能够自动释放，所以猜测智能指针的底层应该是类似于栈的方式
2. 栈上的变量，创建时自动调用构造函数，退出时自动调用析构函数

按照这样的方式我们来写一份测试代码：

#include <iostream>
using namespace std;
//构造函数申请内存,析构函数释放
class smart_pointer
{public:smart_pointer(){cout << "smart_pointer()" << endl;p = NULL;}smart_pointer(int size){cout << "smart_pointer(int size)" << endl;p = new int[size];}~smart_pointer(){cout << "~smart_pointer()" << endl;if (NULL != p)delete[] p;}void test_func(){if (p != NULL) {p[0] = 1;cout << "p[0] val is " << p[0] << endl;}}private:int *p;};int main(void)
{//这里选择栈上的局部变量,这样就能够自动调用构造和析构函数smart_pointer sp_instance(3);sp_instance.test_func();return 0;
}

运行结果：

2.智能指针使用

详细内容可以参考cppreference的动态内存管理章节中，cpprefernce动态内存管理

2.1 auto_ptr

auto_ptr定义：

template< class T > class auto_ptr;

使用示例：

#include <iostream>
#include <memory>
class people
{public:people() {cout << "people()" << endl;}people(string name) {this->name = name;cout << "people(string name)" << endl;}~people() {cout << "~people()" << endl;}void print_name(void){cout << "name: " << this->name << endl;}
private:string name;};int main(void)
{//p1是people对象的智能指针auto_ptr<people> p1(new people("jason"));p1->print_name();
}

运行结果：
//这里需要使用 --std=c++98的原因是 autoptr在C++17中移除了，所以需要告诉编译器用c++98的方式去编译，不然会编译报错

2.2 unique_ptr

unique_ptr的定义如下：

template<class T,class Deleter = std::default_delete<T>
> class unique_ptr;

1. 构造函数使用

unique_ptr有多种构造函数，详细的描述参考cpprefernce，这里我们讲几种：

struct Foo {Foo() {cout << "Foo default ctor\n";}~Foo() {cout << "~Foo dtor\n";}
};//删除器
struct D {D() {cout << "D default ctor\n";}D(const D&) {cout << "D copy ctor\n";}void operator()(Foo* p) const {cout << "D is deleting Foo\n";delete p;};
};int main(void)
{cout << "Example constructor(1)...\n";unique_ptr<Foo> up1;unique_ptr<Foo> up1b(nullptr);cout << "Example constructor(2)...\n";//添加代码括号,改变up2变量的生命周期,退出括号时就释放up2{unique_ptr<Foo> up2(new Foo);}cout << "Example constructor(3)...\n";D d;{//d是类D的对象,up3的构造函数以d作为了参数,所以会调用D的复制构造函数unique_ptr<Foo, D> up3(new Foo, d);}{//传递的参数已经是引用了,不需要像上面一样再调用复制构造unique_ptr<Foo, D&> up4(new Foo, d);}//3个数组,构造调用3次,析构也会调用3次cout << "Example array constructor...\n";{unique_ptr<Foo[]> up(new Foo[3]);}return 0;
}

测试结果：

$ ./a.out
Example constructor(1)...
Example constructor(2)...
Foo default ctor
~Foo dtor
Example constructor(3)...
D default ctor
Foo default ctor
D copy ctor
D is deleting Foo
~Foo dtor
Foo default ctor
D is deleting Foo
~Foo dtor
Example array constructor...
Foo default ctor
Foo default ctor
Foo default ctor
~Foo dtor
~Foo dtor
~Foo dtor

2. 管理器 release/reset/swap

这几个管理去都比较简单，直接看代码即可：

struct Foo {int val;Foo() {cout << "Foo default ctor\n";}Foo(int _val):val(_val) {cout << "Foo int val\n";}~Foo() {cout << "~Foo dtor\n";}
};//删除器
struct D {D() {cout << "D default ctor\n";}D(const D&) {cout << "D copy ctor\n";}void operator()(Foo* p) const {cout << "D is deleting Foo\n";delete p;};
};int main(void)
{//1.release 释放被管理对象cout << "Example 1, release....\n";//创建被管理对象的指针unique_ptr<Foo> up(new Foo());//使用release,释放被管理对象的所有权,给另外一个指针(另外一个指针并非智能指针)Foo *fp = up.release();assert (up.get() == nullptr);cout << "Foo is no longer owned by unique_ptr...\n";delete fp;//2.reset 替换被管理对象//与release的区别在于,这里会先析构掉旧的智能指针,然后创建新的cout << "Example 2, reset....\n";unique_ptr<Foo> up2(new Foo());cout << "new Foo, start reset--------\n";up2.reset(new Foo());cout << "new Foo, reset done--------\n";//3.swap,用来交换 *this和另一unique_ptr对象other所管理的内容//void swap(unique_ptr& other) noexcept;cout << "Example 3, swap....\n";unique_ptr<Foo> up3a(new Foo(1));unique_ptr<Foo> up3b(new Foo(2));up3a.swap(up3b);cout << "up3a->val:" << up3a->val << endl;cout << "up3b->val:" << up3b->val << endl;return 0;
}

测试结果：

Example 1, release....
Foo default ctor
Foo is no longer owned by unique_ptr...
~Foo dtor
Example 2, reset....
Foo default ctor
new Foo, start reset--------
Foo default ctor
~Foo dtor
new Foo, reset done--------
Example 3, swap....
Foo int val
Foo int val
up3a->val:2
up3b->val:1
~Foo dtor
~Foo dtor
~Foo dtor

3. 观察器 get/get_deleter/operator bool

直接看代码：

struct Foo {int val;Foo() {cout << "Foo default ctor\n";}Foo(int _val):val(_val) {cout << "Foo int val\n";}~Foo() {cout << "~Foo dtor\n";}
};//删除器
struct D {void test_func(void) {cout << "test_func" << endl;};D() {cout << "D default ctor\n";}D(const D&) {cout << "D copy ctor\n";}void operator()(Foo* p) const {cout << "D is deleting Foo\n";delete p;};
};
int main(void)
{unique_ptr<string> up1(new string("hello"));string *p1 = up1.get();cout << *p1 << endl;cout << "Example 2, get_deleter ....\n";//2.get_deleter返回被管理对象的删除器unique_ptr<Foo, D> up2(new Foo, D());D& d = up2.get_deleter();d.test_func();//3.operator bool,就是将指针对象进行运算符重载,重载成一个bool量cout << "Example 3, operator bool ....\n";if ((up1) && (up2)){cout << true << endl;}return 0;
}

测试结果：

$ ./a.out
Example 1, get....
hello
Example 2, get_deleter ....
D default ctor
Foo default ctor
D copy ctor
test_func
Example 3, operator bool ....
1
D is deleting Foo
~Foo dtor

2.3 auto_ptr和unique_ptr对比

unique_ptr作为auto_ptr的升级版，优势具体在哪里，我们做实验来进行对比。

1.赋值运算

差异：unique_ptr比auto_ptr的赋值运算更为安全；

• auto_ptr的赋值运算符等效于调用 reset(r.release()) ，实际上是把智能指针的所有权转移，原智能指针被release之后已经变成nullptr；
• unique_ptr 不允许直接赋值，需要使用移动赋值；

1.autoptr例子：

//1.auto_ptr的例子,直接赋值
class people
{public:people() {cout << "people()" << endl;}people(string name) {this->name = name;cout << "people(string name)" << endl;}~people() {cout << "~people()" << endl;}void print_name(void){cout << "name: " << this->name << endl;}
private:string name;};void test_func(auto_ptr<people> ptr)
{ptr->print_name();
}int main(void)
{//1.测试1：直接使用=赋值运算符,等效于调用 reset(r.release())auto_ptr<people> p1(new people("jason"));auto_ptr<people> p2 = p1;p2->print_name();p1->print_name(); //这里发生了core dumped，发生coredump的原因是此时p1已经是Nullptr，被reset(nullptr)了
}

测试结果：

$ ./a.out
people(string name)
name: jason
Segmentation fault (core dumped)

2.unique_ptr例子：

struct Foo {int val;Foo() {cout << "Foo default ctor\n";}Foo(int _val):val(_val) {cout << "Foo int" << this->val <<endl;}~Foo() {cout << "~Foo dtor\n";}void print_val() {cout << "val is" << this->val << endl;}
};//删除器
struct D {void test_func(void) {cout << "test_func" << endl;};D() {cout << "D default ctor\n";}D(const D&) {cout << "D copy ctor\n";}void operator()(Foo* p) const {cout << "D is deleting Foo\n";delete p;};
};
int main(void)
{unique_ptr<Foo> up(new Foo(4));// unique_ptr<Foo> up2 = up; //unique_ptr不允许直接赋值，error: use of deleted function ‘std::unique_ptr<_Tp, _Dp>::unique_ptr(const std::unique_ptr<_Tp, _Dp>&) [with _Tp = Foo; _Dp = std::default_delete<Foo>]’unique_ptr<Foo> up2 = move(up);up2->print_val();return 0;
}

测试结果：

2.作为函数参数的差异

差异：

• auto_ptr作为函数参数时，只能传引用，而不能传值，传值会导致一次指针的赋值，导致指针变空；
• unique_ptr作为函数参数时，既能传引用，又能传值；

1.autoptr例子：
测试代码：
使用 test_func 时，后面会发生coredump，使用 test_func_re()就可以，原因是因为传值作为参数时，会产生一个临时对象来接受参数，其实又回到第一个差异，赋值的问题。

class people
{public:people() {cout << "people()" << endl;}people(string name) {this->name = name;cout << "people(string name)" << endl;}~people() {cout << "~people()" << endl;}void print_name(void){cout << "name: " << this->name << endl;}
private:string name;};void test_func(auto_ptr<people> ptr)
{ptr->print_name();
}void test_func_re(auto_ptr<people>& ptr)
{ptr->print_name();
}int main(void)
{//2.测试2：auto_ptr作为函数的参数auto_ptr<people> p1(new people("jason"));// test_func(p1); //在这里就发生了析构// p1->print_name(); //core dumpedtest_func_re(p1);
}

测试结果：

2.unique_ptr例子：

struct Foo {int val;Foo() {cout << "Foo default ctor\n";}Foo(int _val):val(_val) {cout << "Foo int" << this->val <<endl;}~Foo() {cout << "~Foo dtor\n";}void print_val() {cout << "val is" << this->val << endl;}
};//删除器
struct D {void test_func(void) {cout << "test_func" << endl;};D() {cout << "D default ctor\n";}D(const D&) {cout << "D copy ctor\n";}void operator()(Foo* p) const {cout << "D is deleting Foo\n";delete p;};
};void test_arg_func(unique_ptr<Foo> ptr)
{ptr->print_val();
}
int main(void)
{unique_ptr<Foo> up(new Foo(4));test_arg_func(move(up));return 0;
}

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