C++基础——智能指针

1. 为什么要引入智能指针

动态分配的对象在没有正确地释放时将导致内存泄漏，而智能指针可以及时、妥善地销毁动态分配的数据，并实现了明确的对象生命周期。

2.智能指针是如何实现的

智能指针是一个类，用来存储指向动态分配对象的指针，负责自动释放动态分配的对象，防止堆内存泄漏。动态分配的资源，交给一个类对象去管理，当类对象声明周期结束时，自动调用析构函数释放资源
重载了解引用运算符（*）和成员选择运算符（->），让程序员可以像使用常规指针那样使用它们。

3.unique_ptr、shared_ptr、weak_ptr用法

参考链接：
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代码示例：

#include<iostream>
#include<string>
#include<memory>//智能指针
using namespace std;

/*
C++11中有unique_ptr, shared_ptr, weak_ptr等智能指针，定义在<memory>中；
可以对动态资源进行管理，在任何情况下，已构造的对象会销毁，即它的析构函数最终会被调用；
*/

/*
unique_ptr 指针：
unique_ptr是一个模板，创建的是对象，不用加*；
持有对对象的独有权，同一时刻只能有一个unique_ptr绑定给定的对象（通过禁止拷贝语义、只有移动语义来实现）；
unique_ptr生命周期：从指针创建开始，直到离开作用域就释放；
离开作用域时，若其指向对象，则这个对象被销毁，默认使用delete操作，用户也可以指定其他操作；
*/

void test03_01()
{
	unique_ptr<int> up1(new int(11));//创建智能指针对象，创建up1，指向new出来的堆区空间；
	cout << "*up1= " << *up1 << endl; //11 //重载了operator*()；

	//unique_ptr<int> up2 = up1; //原来要用拷贝构造，但是使用了智能指针后，up1就是唯一的能指向堆区这块空间的指针，自动禁用了拷贝构造，不能拷贝一个up2也指向这块空间；
	unique_ptr<int> up2 = move(up1); //但是可以使用移动构造，相当于把这块内存给了up2指针，而up1就不能再使用了，还是有唯一性的；
	cout << "*up2= " << *up2 << endl;
	//cout << "*up1= " << *up1 << endl;//转移给up2后，up1就变成野指针了，不能再使用
}

class Test03_01
{
public:
	~Test03_01()
	{
		cout << "析构函数的调用" << endl;
	}
};

void test03_02()
{
	unique_ptr<Test03_01> up3(new Test03_01); //无需手动释放
	up3 = nullptr; //或者NULL //也可以手动释放，直接指向空；
	up3.reset();//手动释放，用reset()实现；//可以连续手动释放多次，只会析构一次，不会出现多次释放同一个空间
	//p.reset(); //释放p中内置的指针指向的空间
	//p.reset(q.d); //将p中内置指针换为q，并且用d来释放p之前所指的空间
	cout << endl;
	//如果是自动释放，在这里要离开这个作用域了，才会调用析构函数；
}

void test03_03()
{
	unique_ptr<int> up1(new int(11));
	up1.reset();//如果是无参，作用是显式释放堆区内存
	up1.reset(new int(22)); //如果有参，就是先释放原来的内存，再重新给up1绑定一块新的堆区内存；
	cout << "*up1= " << *up1 << endl;

	int *p = up1.release();//释放控制权，但不释放堆区内存，就是把这块内存给到*p，up1就不再有控制权了，就变成野指针了；
	cout << "*p= " << *p << endl;
	delete p;//*p不是智能指针，需要手动释放了；
}


/*
shared_ptr 指针：
和unique相反，shared_ptr允许多个智能指针的对象共享同一块堆区分配的内存，通过引用计数实现；
如果最后一个这样的指针被销毁，也就是计数器变成0了，这个对象才会被自动删除；
*/

void test03_04()
{
	shared_ptr<int> sp1(new int(8));
	shared_ptr<int> sp2 = sp1; //可以调用拷贝构造，sp2和sp1都绑定堆区空间；
	cout << "计数器1 = " << sp1.use_count() << "  计数器2 = " << sp2.use_count() << endl; //2  2
	cout << "*sp1 = " << *sp1 << "  *sp2 = " << *sp2 << endl; //8  8

	sp1.reset();//sp1被释放，只是释放sp1和堆区空间的绑定，计数器减1，只要没有到0，堆区空间就不会被释放；
	cout << "计数器1 = " << sp1.use_count() << "  计数器2 = " << sp2.use_count() << endl; //0  1
	cout << "*sp2 = " << *sp2 << endl; //8

	sp2.reset();//sp1被释放，计数器减到0，堆区空间也被释放
	cout << "计数器1 = " << sp1.use_count() << "  计数器2 = " << sp2.use_count() << endl; //0  0
}


/*
weak_ptr 指针：
配合shared_ptr使用，可以从一个shared_ptr或另一个weak_ptr对象构造，它的构造和析构不会引起引用计数的变化；
没有重载*和->，但可以使用lock获得一个可用的shared_ptr对象；
weak_ptr可以指向shared_ptr指针指向的内存空间，但是并不拥有该内存；
如果使用weak_ptr的成员lock，则可返回其指向内存的一个shared_ptr对象，且在所指向内存已经无效时，返回空值nullptr；
*/

void test03_05()
{
	shared_ptr<int> sp1(new int(6));
	shared_ptr<int> sp2 = sp1; //2个指针变量绑定同一块内存
	weak_ptr<int> wp = sp1; //3个指针变量绑定同一块内存
	cout << "计数器1 = " << sp1.use_count()
		<< "  计数器2 = " << sp2.use_count()
		<< "  计数器3 = " << wp.use_count() << endl; //2  2  2 //wp不绑定堆区内存，所以只有2个计数器

	shared_ptr<int> sp3 = wp.lock(); //使用lock获得一个可用的shared_ptr对象
	cout << "计数器1 = " << sp1.use_count()
		<< "  计数器2 = " << sp2.use_count()
		<< "  计数器3 = " << wp.use_count()
		<< "  计数器4 = " << sp3.use_count() << endl; //3  3  3  3

	cout << "*sp1 = " << *sp1 << "  *sp2 = " << *sp2 << "  *sp3 = " << *sp3 << endl; //6  6  6
	//cout << "*wp = " << *wp << endl; //wp没有和堆区内存绑定，不能用wp操作内存；

	sp1.reset();
	cout << "计数器1 = " << sp1.use_count()
		<< "  计数器2 = " << sp2.use_count()
		<< "  计数器3 = " << wp.use_count()
		<< "  计数器4 = " << sp3.use_count() << endl; //0  2  2  2

	sp2.reset();
	cout << "计数器1 = " << sp1.use_count()
		<< "  计数器2 = " << sp2.use_count()
		<< "  计数器3 = " << wp.use_count()
		<< "  计数器4 = " << sp3.use_count() << endl; //0  0  1  1

	sp3.reset();
	cout << "计数器1 = " << sp1.use_count()
		<< "  计数器2 = " << sp2.use_count()
		<< "  计数器3 = " << wp.use_count()
		<< "  计数器4 = " << sp3.use_count() << endl; //0  0  0  0

	wp.reset();//上述操作已经可以使得堆区空间被释放，这里可加也可不加；

	shared_ptr<int> tmp = wp.lock(); //如果堆区空间已经释放，则用wp.lock()创建的对象返回nullptr；
	if (tmp == nullptr)
	{
		cout << "堆区空间已经释放" << endl;
	}
}

int main()
{
	test03_01();
	test03_02();
	test03_03();

	test03_04();
	test03_05();

	system("pause");
	return 0;
}