C++智能指针 | 易学教程

智能指针的由来：

除了静态内存和栈内存外，每个程序还有一个内存池，这部分内存被称为自由空间或者堆。程序用堆来存储动态分配的对象即那些在程序运行时分配的对象，当动态对象不再使用时，我们的代码必须显式的销毁它们。

在C++中，动态内存的管理是用一对运算符完成的：new和delete，new:在动态内存中为对象分配一块空间并返回一个指向该对象的指针，delete：指向一个动态独享的指针，销毁对象，并释放与之关联的内存。

动态内存管理经常会出现两种问题：一种是忘记释放内存，会造成内存泄漏；一种是尚有指针引用内存的情况下就释放了它，就会产生引用非法内存的指针。
为了更加容易（更加安全）的使用动态内存，引入了智能指针的概念。智能指针的行为类似常规指针，重要的区别是它负责自动释放所指向的对象。标准库提供的两种智能指针的区别在于管理底层指针的方法不同，shared_ptr允许多个指针指向同一个对象，unique_ptr则“独占”所指向的对象。标准库还定义了一种名为weak_ptr的伴随类，它是一种弱引用，指向shared_ptr所管理的对象，这三种智能指针都定义在memory头文件中。

shared_ptr

共享所有权，允许多个指针指向同一个对象，其内部有一个关联的引用计数，用来记录有多少个其他的shared_ptr指向相同的对象，当引用计数为0时将调用析构函数释放对应空间。

make_shared函数：
最安全的分配和使用动态内存的方法就是调用一个名为make_shared的标准库函数，此函数在动态内存中分配一个对象并初始化它，返回指向此对象的shared_ptr。头文件和share_ptr相同，在memory中。

shared_ptr<int> p3 = make_shared<int>(42);
shared_ptr<string> p4 = make_shared<string>(10,'9');
shared_ptr<int> p5 = make_shared<int>();

可以认为每个shared_ptr都有一个关联的计数器，通常称其为引用计数，无论何时我们拷贝一个shared_ptr，计数器都会递增。当我们给shared_ptr赋予一个新值或是shared_ptr被销毁（例如一个局部的shared_ptr离开其作用域）时，计数器就会递减，一旦一个shared_ptr的计数器变为0,它就会自动释放自己所管理的对象。

release函数，把智能指针赋值为空，但是它原来指向的内存并没有被释放，相当于只是释放了对资源的所有权；

reset函数重新绑定指向的对象，而原来的对象则会被释放

unique_ptr

遵循独占语义，在任何时间点，资源只能唯一地被一个unique_ptr占有，当其离开作用域，所包含的资源被释放。

1、拥有它指向的对象；

2、无法进行复制构造，无法进行复制赋值操作。即无法使两个unique_ptr指向同一个对象。但是可以进行移动构造和移动赋值操作；

3、保存指向某个对象的指针，当它本身被删除释放的时候，会使用给定的删除器释放它指向的对象。

unique_ptr 可以实现如下功能；

1、为动态申请的内存提供异常安全；

2、讲动态申请的内存所有权传递给某函数；

3、从某个函数返回动态申请内存的所有权；

4、在容器中保存指针。

虽然不能拷贝或者赋值unique_ptr，但是可以通过调用release或reset将指针所有权从一个（非const）unique_ptr转移给另一个unique。

//将所有权从p1（指向string Stegosaurus）转移给p2
unique_ptr<string> p2(p1.release());//release将p1置为空
unique_ptr<string>p3(new string("Trex"));
//将所有权从p3转移到p2
p2.reset(p3.release());//reset释放了p2原来指向的内存

release成员返回unique_ptr当前保存的指针并将其置为空。因此，p2被初始化为p1原来保存的指针，而p1被置为空。
reset成员接受一个可选的指针参数，令unique_ptr重新指向给定的指针。
调用release会切断unique_ptr和它原来管理的的对象间的联系。release返回的指针通常被用来初始化另一个智能指针或给另一个智能指针赋值。

weak_ptr

解决shared_ptr循环引用时的bug。

weak_ptr是一种不控制所指向对象生存期的智能指针，它指向一个由shared_ptr管理的对象，将一个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，即使有weak_ptr指向对象，对象还是会被释放。

由于对象可能不存在，我们不能使用weak_ptr直接访问对象，而必须调用lock函数，此函数检查weak_ptr指向的对象是否存在。如果存在，lock返回一个指向共享对象的shared_ptr,如果不存在，lock将返回一个空指针。