C++智能指针的分析与使用

手动管理的弊端

在简单的程序中，我们不大可能忘记释放 new 出来的指针，但是随着程序规模的增大，我们忘了 delete 的概率也随之增大。在 C++ 中 new 出来的指针，赋值意味着引用的传递，当赋值运算符同时展现出“值拷贝”和“引用传递”两种截然不同的语义时，就很容易导致“内存泄漏”。

手动管理内存带来的更严重的问题是，内存究竟要由谁来分配和释放呢？指针的赋值将同一对象的引用散播到程序各处，但是该对象的释放却只能发生一次。当在代码中用完了一个资源指针，该不该释放 delete 掉它？这个资源极有可能同时被多个对象拥有着，而这些对象中的任何一个都有可能在之后使用该资源，其余指向这个对象的指针就变成了“野指针”；那如果不 delete 呢？也许你就是这个资源指针的唯一使用者，如果你用完不 delete，内存就泄漏了。

资源的拥有者是系统，当我们需要时便向系统申请资源，当我们不需要时就让系统自己收回去(Garbage Collection)。当我们自己处理的时候，就容易出现各种各样的问题。

C++ 中的智能指针

为了让用户免去手动 delete 资源的烦恼，不少类库采用了 RAII 风格，即 Resource Acquisition Is Initialization（资源获取即初始化）。这种风格采用类来封装资源，在类的构造函数中获取资源，在类的析构中释放资源，这个资源可以是内存，可以是一个网络连接。

智能指针就是 C++ RAII 的一种应用，是存储指向动态分配对象指针的类。智能指针在面对异常的时候格外有用，因为它们能在适当的时间删除所指向的对象（可以了解一下异常安全）。C++ 中的智能指针首先出现在 boost 中，随着使用的人越来越多，C++11 也已经引入了智能指针来管理动态对象。C++11 主要提供了 shared_ptr、unique_ptr、weak_ptr 三种不同类型的智能指针。

shared_ptr

智能指针是（几乎总是）模板类，shared_ptr 同样是模板类，所以在创建 shared_ptr 时需要指定其指向的类型。shared_ptr 负责在不使用实例时释放由它管理的对象，同时它可以自由的共享它指向的对象。

shared_ptr 使用经典的“引用计数”的方法来管理对象资源。引用计数指的是，所有管理同一个裸指针（ raw pointer ）的 shared_ptr，都共享一个引用计数器，每当一个 shared_ptr 被赋值（或拷贝构造）给其它 shared_ptr 时，这个共享的引用计数器就加1，当一个 shared_ptr 析构或者被用于管理其它裸指针时，这个引用计数器就减1，如果此时发现引用计数器为0，那么说明它是管理这个指针的最后一个 shared_ptr 了，于是我们释放指针指向的资源。

在底层实现中，这个引用计数器保存在某个内部类型里（这个类型中还包含了 deleter，它控制了指针的释放策略，默认情况下就是普通的delete操作），而这个内部类型对象在 shared_ptr 第一次构造时以指针的形式保存在 shared_ptr 中（所以一个智能指针的析构会影响到其他指向同一位置的智能指针）。shared_ptr 重载了赋值运算符，在赋值和拷贝构造另一个 shared_ptr 时，这个指针被另一个 shared_ptr 共享。在引用计数归零时，这个内部类型指针与 shared_ptr 管理的资源一起被释放。此外，为了保证线程安全性，引用计数器的加1，减1操作都是原子操作，它保证 shared_ptr 由多个线程共享时不会爆掉。

对于 shared_ptr 在拷贝和赋值时的行为，《C++Primer第五版》中有详细的描述：

每个 shared_ptr 都有一个关联的计数值，通常称为引用计数。无论何时我们拷贝一个 shared_ptr，计数器都会递增。
例如，当用一个 shared_ptr 初始化另一个 shred_ptr，或将它当做参数传递给一个函数以及作为函数的返回值时，它所关联的计数器就会递增。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。

下面看一个常见用法，包括：
1. 创建 shared_ptr 实例 2. 访问所指对象 3. 拷贝和赋值操作 4. 检查引用计数。更多的用法请自行查阅。

/*
 * @filename:    shared_ptr.cpp
 * @author:      Tanswer
 * @date:        2018年01月10日 19:40:45
 * @description:
 */

#include <iostream>
#include <string>
#include <memory>
using namespace std;

class Test{
public:
    Test(string name){
        name_ = name;
        cout << this->name_ << "  constructor" << endl;
    }
    ~Test(){
        cout << this->name_ << "  destructor" << endl;
    }

    string name_;
};


int main()
{
    /* 类对象 原生指针构造 */
    shared_ptr<Test> pStr1(new Test("object"));
    cout << (*pStr1).name_ << endl;
    /* use_co