C++ 智能指针

C++11智能指针介绍

智能指针主要用于管理在堆上分配的内存，它将普通的指针封装为一个栈对象。当栈对象的生存周期结束后，会在析构函数中释放掉申请的内存，从而防止内存泄漏。

为何要使用智能指针

智能指针的做用是管理一个指针，由于存在如下这种状况：申请的空间在函数结束时忘记释放，形成内存泄漏。使用智能指针能够很大程度上的避免这个问题，由于智能指针就是一个类，当超出了类的做用域是，类会自动调用析构函数，析构函数会自动释放资源。因此智能指针的做用原理就是在函数结束时自动释放内存空间，不须要手动释放内存空间，有效避免内存泄漏的问题。

智能指针定义于 memory (非memory.h)中, 命名空间为 std

unique_ptr

unique_ptr,是用于取代c++98的auto_ptr的产物

unique_ptr 独占所指向的对象, 同一时刻只能有一个 unique_ptr 指向给定对象(经过禁止拷贝语义, 只有移动语义来实现), 定义于 memory (非memory.h)中, 命名空间为 std.

• 1.unique_ptr 是禁止复制赋值的，始终保持一个 unique_ptr 管理一个对象。
• 2.unique_ptr 虽然不能赋值，但能够经过 move() 函数转移对象的全部权。一旦被 move() 了，原来的 up1 则再也不有效了。
• 3.reset() 可让 unique_ptr 提早释放指针。

auto_ptr

（C++98的方案，C++11已经抛弃）采用全部权模式。
auto_ptr 适合用来管理生命周期比较短或者不会被远距离传递的动态对象, 最好是局限于某个函数内部或者是某个类的内部.

因为 auto_ptr 基于排他全部权模式：两个指针不能指向同一个资源，复制或赋值都会改变资源的全部权。

#include <iostream>
#include <memory>

class Test
{
public:
    void print()
    {
        std::cout << "Test::Print" << std::endl;
    }
};

int main()
{
    std::auto_ptr<Test> pTest1(new Test);
    pTest1->print();

    std::auto_ptr<Test> pTest2(pTest1);     //复制构造函数
    pTest2->print();

    std::cout << "pTest1 pointer:" << pTest1.get() << std::endl;    //auto_ptr类的成员函数get()返回一个原始的指针
    std::cout << "pTest2 pointer:" << pTest2.get() << std::endl;

    return 0;
}

//打印结果：
Test::Print
Test::Print
pTest1 pointer:00000000
pTest2 pointer:01659548

//通过复制构造以后，pTest1所指向资源的全部权转向了pTest2，而pTest1变成空，两者不能同时共享该资源。

auto_ptr 主要有两大问题：

• 复制和赋值会改变资源的全部权，不符合人的直觉。
• 在 STL 容器中没法使用auto_ptr ，由于容器内的元素必需支持可复制（copy constructable）和可赋值（assignable）。

shared_ptr（C++11中新增的智能指针）

基于引用计数模型。资源能够被多个指针共享，它使用计数机制来代表资源被几个指针共享。

每次有 shared_ptr 对象指向资源，引用计数器就加1；当有 shared_ptr 对象析构时，计数器减1；当计数器值为0时，被指向的资源将会被释放掉。且该类型的指针可复制和可赋值，即其可用于STL容器中。此外，shared_ptr 指针可与多态类型和不彻底类型一块儿使用。

std::shared_ptr 智能指针共享所指向的资源（全部权），即几个 shared_ptr 可同时拥有一个对象，且共享一个控制块（constrol block），包含指向资源的 shared_ptr对象个数、指向资源的 weak_ptr 对象个数以及删除器（deleter：用户自定义的用于释放资源的函数，能够默认没有）。

一个空的 shared_ptr 对象不拥有任何资源和控制块。另外一方面，一个 shared_ptr 初始化为一个NULL 指针和一个控制块，这有别有空的 shared_ptr。当共享的引用计数器为0时，资源释放（delete 操做符释放，或由用户提供的 删除器 释放它）。

#include <iostream>
#include <memory>

class Test
{
public:
    void print()
    {
        std::cout << "Test::Print" << std::endl;
    }
};

int main()
{
    std::shared_ptr<Test> pTest1(new Test);
    pTest1->print();

    std::shared_ptr<Test> pTest2(pTest1);    //复制构造函数
    pTest2->print();

    std::cout << "pTest1 pointer:" << pTest1.get() << std::endl;    //shared_ptr类的成员函数get()返回一个原始的指针
    std::cout << "pTest2 pointer:" << pTest2.get() << std::endl;

    std::cout << "count pTest1:" << pTest1.use_count() << std::endl; //shared_ptr类的成员函数use_count()：返回多少个智能指针指向某个对象，主要用于调试。
    std::cout << "count pTest2:" << pTest2.use_count() << std::endl;


    return 0;
}

//打印结果：
Test::Print
Test::Print
pTest1 pointer:00C29550
pTest2 pointer:00C29550
count pTest1:2
count pTest2:2

//pTest2建立后，pTest1对资源的全部权并无被剥夺，而是pTest1 和 pTest2 均指向了资源，且此时资源的引用计数为2。当两个shard\_ptr 指针pTest一、pTest2 超过其做用域时，最后一个析构的指针将会导致资源的释放（由于引用计数为0了）。

shared_ptr的使用

待补充。。。

主要缺点：

shared_ptr相互引用,那么这两个指针的引用计数永远不可能降低为0,资源永远不会释放。

没法检测出循环引用,这会形成资源没法释放，从而致使内存泄露。

为了 fix 这个问题，C++11引入了另外一个智能指针：weak_ptr

weak_ptr（C++11中新增的智能指针）

weak_ptr工做原理

weak_ptr是用来解决shared_ptr相互引用时的死锁问题,若是说两个shared_ptr相互引用,那么这两个指针的引用计数永远不可能降低为0,资源永远不会释放。它是对对象的一种弱引用，不会增长对象的引用计数，和shared_ptr之间能够相互转化，shared_ptr能够直接赋值给它，它能够经过调用lock函数来得到shared_ptr。

做用在于协助 shared_ptr 工做，可得到资源的观测权，像旁观者那样观测资源的使用状况。观察者意味着 weak_ptr 只对 shared_ptr 进行引用，而不改变其引用计数，当被观察的 shared_ptr 失效后，相应的 weak_ptr 也相应失效。

weak_ptr更像是shared_ptr的助手：

• 一、他不像其他三种，能够经过构造函数直接分配对象内存；他必须经过shared_ptr来共享内存。
• 二、没有重载opreator*和->操做符，也就意味着即便分配到对象，他也无法使用该对象
• 三、不主动参与引用计数，即share_ptr释放了，那么weak_ptr所存的对象也释放了。
• 四、使用成员函数use_count()能够查看当前引用计数，expired()判断引用计数是否为空。
• 五、lock()函数，返回一个shared_ptr智能指针：也就是让weak_ptr观测shared_ptr智能指针，而且在须要时候经过lock函数返回一个shared_ptr。

weak_ptr使用

待补充。。。