智能指针小分析

咱们为何须要智能指针

所谓资源就是，一旦用了它，未来必须还给系统。C++中内存资源的动态分配经由new与delete实现。问题在于，不管是有意无心，咱们有时候总会忘记释放内存中的资源。例如delete语句出如今某个循环语句中，而咱们的continue或者break却跳过了它的执行；或者是在程序中某个分支含有函数return语句，而delete操做放在return 语句以后；更加难以预料的事情是程序执行过程当中发生了异常，致使咱们的delete语句没有执行。总的来讲，把资源回收交给用户并非一种好作法。咱们指望有一种机制，它帮助咱们管理从系统获取而来的资源，当咱们再也不使用该资源时，该机制能自动帮咱们回收，避免了内存泄漏问题。智能指针就是这样一种资源回收机制。

智能指针具体是什么

《Effective C++》条款13提到，以对象来管理资源。这个条款提到了两个观点：

1. 得到资源后马上放进管理对象内。
2. 管理对象运行析构函数确保资源被释放。

智能指针就是这样的一种类。它们的行为相似于指针，一样支持解引用* 或取成员->运算。智能指针将基本内置类型指针封装为类对象指针，管理着该指针所指向的动态分配资源，并经过类的析构函数对资源进行释放。在C++中，智能指针都是模板类，由于它们要管理的多是用户自定义类型所分配的内存空间。

智能指针的实现原理

在STL中，一共是有四种智能指针：auto_ptr,unique_ptr,shared_ptr,weak_ptr。其中auto_ptr是C++98提供的智能指针，如今基本已经被弃用。缘由后面有说。
其中auto_ptr,unique_ptr是独占型的智能指针。这里以auto_ptr为例，在某个时刻下，只能有一个auto_ptr指向一个给定的对象。shared_ptr则容许多个指针指向同一个对象，而weak_ptr指向的是shared_ptr所管理的对象，它是一种弱引用。
shared_ptr的实现基于引用计数技术。智能指针管理的着一个对象，并记录着全部管理同个对象的指针个数，这个个数称为计数。藉由智能指针去初始化或赋值其余智能指针时，计数的值增长1，表示资源对象多了一个引用；当智能指针的生命周期结束或者指向别的对象时，计数的值减去1，表示资源对象减小一个引用。智能指针生命周期结束时，编译器会调用它的析构函数，在析构函数中判断引用计数的值是否为0，若为0，则释放所管理的对象资源；若不为0，代表还有其余指针指向所管理的对象，不释放该对象资源。

为何要摒弃auto_ptr

上面说到auto_ptr是C++98提供的智能指针，如今已经被摒弃，缘由在于为了维护独占性，auto_ptr进行了不正常的复制/赋值行为。
咱们的赋值操做在语义上保证了右操做数不会在赋值时受到修改，然而，为了保证auto_ptr的独占性，这种语义被修改了。

auto_ptr<int> p1(new int(1));  /*1*/
auto_ptr<int> p2(p1); /*2*/
auto_ptr<int> p3; 
p3= p2;/*3*/

p1 开始管理着值为1的对象，执行了2以后，p1被置空，由p2独占对象资源；执行3以后，p2被置为空，由p3独占对象资源。想象有一个元素为auto_ptr的数组：

auto_ptr<int>vec[5]=
    {
        auto_ptr<int>(new int(1)),
        auto_ptr<int>(new int(2)),
        auto_ptr<int>(new int(3)),
        auto_ptr<int>(new int(4)),
        auto_ptr<int>(new int(5)),
    };
    for (auto & t : vec)
    {
        cout << *t << endl;
    }
    //vec[2]被置空
    auto_ptr<int> aptr = vec[2];
   //程序运行奔溃
    for (auto & t : vec)
    {
        cout << *t << endl;
    }

而咱们的STL容器要求其元素能够有正常的复制行为，所以，STL容器容不得auto_ptr。而C++11新出现的智能指针unique_ptr比auto_ptr更聪明好用，unique_ptr拒绝直接的复制/赋值操做，必须经过reset/release接口来进行对象管理权的转移，这无疑提升了安全性；unique_ptr的聪明还体如今：

unique_ptr test()
{
    unique_ptr <int> temp(new int (1));
    return temp;
}

unique_ptr<int> p;
p = test();

在这里test返回的临时变量对p的赋值操做成功，由于临时变量复制结束后就被销毁，没有机会经过临时的unique_ptr对象去访问无效数据，这种赋值是安全的。
总结一下：

1. auto_ptr不适用于STL容器，且易形成对无效指针的访问致使程序奔溃。
2. unique_ptr比auto_ptr更加智能，安全性更高，应该选择使用unique_ptr。

weak_ptr有何做用

weak_ptr是一种不控制所指向对象生命期的智能指针，它指向由一个shared_ptr管理的对象。讲一个weak_ptr绑定到一个shared_ptr不会改变shared_ptr的引用计数，一旦最后一个指向对象的shared_ptr被销毁，对象就会被释放，即便有weak_ptr指向对象，对象仍是会被释放。weak_ptr也取名自这种弱共享对象的特色。

相对于weak_ptr来讲 ，shared_ptr是一种强引用的关系。在循环引用的状况下资源得不到回收，将形成内存泄漏。以下图出现了引用计数的循环引用问题：对象A被对象B所引用，对象C被对象A所引用，对象B被对象C所引用，这时每一个对象的引用计数都是1，都在等待在引用它的对象释放对象，形成一种循环等待的现象，而资源也不会被如愿释放掉。

weak_ptr弱引用的出现正是可以打破这种循环引用。因为弱引用不更改引用计数，相似普通指针，只要把循环引用的一方使用弱引用，便可解除循环引用。虽然经过弱引用指针能够有效的解除循环引用，但这种方式必须在程序员能预见会出现循环引用的状况下才能使用，也能够是说这个仅仅是一种编译期的解决方案，若是程序在运行过程当中出现了循环引用，仍是会形成内存泄漏的。所以，即便使用了智能指针，C++仍是没法彻底杜绝内存泄漏的问题。