[C++11] 智能指针

c++智能指针介绍

由于 C++ 语言没有自动内存回收机制，程序员每次 new 出来的内存都要手动 delete，比如流程太复杂，最终导致没有 delete，异常导致程序过早退出，没有执行 delete 的情况并不罕见，并造成内存泄露。如此c++引入智能指针，智能指针即是C++ RAII的一种应用，可用于动态资源管理，资源即对象的管理策略。智能指针在 <memory> 标头文件的 std 命名空间中定义。它们对 RAII 或获取资源即初始化编程惯用法至关重要。RAII 的主要原则是为所有堆分配资源提供所有权，例如动态分配内存或系统对象句柄、析构函数包含要删除或释放资源的代码的堆栈分配对象，以及任何相关清理代码。

c++智能指针类别

c++ 智能指针主要包括：unique_ptr,shared_ptr, weak_ptr, 这三种，其中auto_ptr 已被遗弃。

（1） shared_ptr

采用引用计数的智能指针。 shared_ptr基于“引用计数”模型实现，多个shared_ptr可指向同一个动态对象，并维护了一个共享的引用计数器，记录了引用同一对象的shared_ptr实例的数量。当最后一个指向动态对象的shared_ptr销毁时，会自动销毁其所指对象(通过delete操作符)。shared_ptr的默认能力是管理动态内存，但支持自定义的Deleter以实现个性化的资源释放动作。头文件：<memory>。

创建方式如下：

  shared_ptr<int> p1 = make_shared<int>(1);// 通过make_shared函数shared_ptr<int> p2(new int(2));// 通过原生指针构造

（2）weak_ptr

结合 shared_ptr 使用的特例智能指针。 weak_ptr 提供对一个或多个 shared_ptr 实例所属对象的访问，但是，不参与引用计数。如果您想要观察对象但不需要其保持活动状态，请使用该实例。在某些情况下需要断开 shared_ptr 实例间的循环引用。头文件：<memory>。

（3）unique_ptr

只允许基础指针的一个所有者。可以移到新所有者(具有移动语义)，但不会复制或共享（即我们无法得到指向同一个对象的两个unique_ptr）。替换已弃用的 auto_ptr。相较于 boost::scoped_ptr。 unique_ptr 小巧高效；大小等同于一个指针，支持 rvalue 引用，从而可实现快速插入和对 STL 集合的检索。头文件：<memory>。

注意事项

（1）share_ptr循环引用

#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;class B;
class A
{
public:// 为了省去一些步骤这里 数据成员也声明为public//weak_ptr<B> pb;shared_ptr<B> pb;void doSomthing(){
//        if(pb.lock())
//        {
//
//        }}~A(){cout << "kill A\n";}
};class B
{
public://weak_ptr<A> pa;shared_ptr<A> pa;~B(){cout <<"kill B\n";}
};int main(int argc, char** argv)
{shared_ptr<A> sa(new A());shared_ptr<B> sb(new B());if(sa && sb){sa->pb=sb;sb->pa=sa;}cout<<"sa use count:"<<sa.use_count()<<endl;return 0;
}

上面的代码运行结果为：sa use count:2，注意此时sa,sb都没有释放，产生了内存泄露问题！！！

即A内部有指向B，B内部有指向A，这样对于A，B必定是在A析构后B才析构，对于B，A必定是在B析构后才析构A，这就是循环引用问题，违反常规，导致内存泄露。

使用weak_ptr来打破循环引用

代码如下：

#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;class B;
class A
{
public:// 为了省去一些步骤这里 数据成员也声明为publicweak_ptr<B> pb;//shared_ptr<B> pb;void doSomthing(){shared_ptr<B> pp = pb.lock();if(pp)//通过lock()方法来判断它所管理的资源是否被释放{cout<<"sb use count:"<<pp.use_count()<<endl;}}~A(){cout << "kill A\n";}
};class B
{
public://weak_ptr<A> pa;shared_ptr<A> pa;~B(){cout <<"kill B\n";}
};int main(int argc, char** argv)
{shared_ptr<A> sa(new A());shared_ptr<B> sb(new B());if(sa && sb){sa->pb=sb;sb->pa=sa;}sa->doSomthing();cout<<"sb use count:"<<sb.use_count()<<endl;return 0;
}

参考：https://blog.51cto.com/11142019/1846847

（2）unique_ptr控制权转移问题

我们无法复制 unique_ptr 对象，但我们可以转移它们。这意味着 unique_ptr 对象可以将关联的原始指针的所有权转移到另一个 unique_ptr 对象。

// 通过原始指针创建 taskPtr2
std::unique_ptr<Task> taskPtr2(new Task(55));
// 把taskPtr2中关联指针的所有权转移给taskPtr4
std::unique_ptr<Task> taskPtr4 = std::move(taskPtr2);
// 现在taskPtr2关联的指针为空
if(taskPtr2 == nullptr)std::cout<<"taskPtr2 is  empty"<<std::endl;// taskPtr2关联指针的所有权现在转移到了taskPtr4中
if(taskPtr4 != nullptr)std::cout<<"taskPtr4 is not empty"<<std::endl;// 会输出55
std::cout<< taskPtr4->mId << std::endl;

std::move() 将把 taskPtr2 转换为一个右值引用。因此，调用 unique_ptr 的移动构造函数，并将关联的原始指针传输到 taskPtr4。在转移完原始指针的所有权后， taskPtr2将变为空。

释放关联的原始指针

在 unique_ptr 对象上调用 release()将释放其关联的原始指针的所有权，并返回原始指针。这里是释放所有权，并没有delete原始指针，reset()会delete原始指针。

std::unique_ptr<Task> taskPtr5(new Task(55));
// 不为空
if(taskPtr5 != nullptr)std::cout<<"taskPtr5 is not empty"<<std::endl;
// 释放关联指针的所有权
Task * ptr = taskPtr5.release();
// 现在为空
if(taskPtr5 == nullptr)std::cout<<"taskPtr5 is empty"<<std::endl;