【C++面试知识】智能指针

智能指针是用来管理堆内存的，使用普通指针容易造成内存泄漏的问题。

理解智能指针从三个方面：

1.智能指针使用一种叫RAII（资源获取即初始化）的技术对普通指针进行封装，使得智能指针实质是个对象，表现得是个指针。

2.作用是防止忘记调用delete、程序异常的进入catch忘记释放内存，另外指针的释放时机有讲究，多次释放同一个指针使得内存崩溃，智能指针可以避免这点。

3.智能指针可以将“值语义”转化成“引用语义”（关于值语言参考这篇文章http://www.cnblogs.com/Solstice/archive/2011/08/16/2141515.html）

智能指针的使用

在C++11版本后，智能指针有shared_ptr、unique_ptr、weak_ptr，三种，包含在<memory>头文件中。

1.shared_ptr

详细介绍参考http://c.biancheng.net/view/1480.html

总的来说，shared_ptr被称为共享指针，用于管理多个智能指针共同拥有的动态分配对象，

T * rPtr = new T();
shared_ptr<T> sPtr1(rPtr);

shared_ptr<T> sPtr2 = sPtr1;

上实例代表智能指针sPtr1与sPtr2共同拥有rPtr，sPtr1和sPtr2将变成同一个共享指针组成员，该组维护一个引用计数，代表该组的共享指针数量，为0时自动删除被管理的对象。

T * rPtr = new T();
shared_ptr<T> sPtr1(rPtr);

shared_ptr<T> sPtr2 = sPtr1;

sPtr2 = sPtr3;

以上实例的最后一句使得sPtr2离开上一个共享指针组，那么该组的引用计数减一，并加入另一个包含sPtr3的共享指针组，该组引用计数加一。

T * rPtr = new T();

shared_ptr<T> sPtr1(rPtr);

shared_ptr<T> sPtr2(rPtr);

以上使用方法是错误的（双重管理），一个裸指针rPtr只可以初始化一个共享指针，为了防止一个共享指针将内存释放后，另一个组的指针就变成悬挂指针。

#初始化方法一

shared_ptr<Person> p1(new Person());

shared_ptr<Person> p2 (new Person ("Maria Wu", 23));

#初始化方法二（make_shared<T>()）

shared_ptr<Person> p1 = make_shared<Person>();

shared_ptr<Person> p2 = make_shared<Person>("Maria Wu", 23);

第二种初始化方法更加高效，无须直接处理裸指针，避免了双重管理。

2.unique_str

唯一拥有指定的对象，相比普通指针，拥有RAII的特性使得程序出现异常时，动态资源可以得到释放。从unique_ptr指针创建时开始，直到离开作用域。离开作用域时，若其指向对象，则将其所指对象销毁(默认使用delete操作符，用户可指定其他操作。unique_ptr指针与其所指对象的关系：在智能指针生命周期内，可以改变智能指针所指对象，如创建智能指针时通过构造函数指定、通过reset方法重新指定、通过release方法释放所有权、通过移动语义转移所有权。

#include <iostream>
#include <memory>

int main() {
    {
        std::unique_ptr<int> uptr(new int(10));  //绑定动态对象
        //std::unique_ptr<int> uptr2 = uptr;  //不能賦值
        //std::unique_ptr<int> uptr2(uptr);  //不能拷貝
        std::unique_ptr<int> uptr2 = std::move(uptr); //轉換所有權
        uptr2.release(); //释放所有权
    }
    //超過uptr的作用域，內存釋放
}

3.weak_ptr

weak_ptr是为了配合shared_ptr而引入的一种智能指针，因为它不具有普通指针的行为，没有重载operator*和->,它的最大作用在于协助shared_ptr工作，像旁观者那样观测资源的使用情况。weak_ptr可以从一个shared_ptr或者另一个weak_ptr对象构造，获得资源的观测权。但weak_ptr没有共享资源，它的构造不会引起指针引用计数的增加。使用weak_ptr的成员函数use_count()可以观测资源的引用计数，另一个成员函数expired()的功能等价于use_count()==0,但更快，表示被观测的资源(也就是shared_ptr的管理的资源)已经不复存在。weak_ptr可以使用一个非常重要的成员函数lock()从被观测的shared_ptr获得一个可用的shared_ptr对象， 从而操作资源。但当expired()==true的时候，lock()函数将返回一个存储空指针的shared_ptr。

#include <iostream>
#include <memory>

int main() {
    {
        std::shared_ptr<int> sh_ptr = std::make_shared<int>(10);
        std::cout << sh_ptr.use_count() << std::endl;

        std::weak_ptr<int> wp(sh_ptr);
        std::cout << wp.use_count() << std::endl;

        if(!wp.expired()){
            std::shared_ptr<int> sh_ptr2 = wp.lock(); //get another shared_ptr
            *sh_ptr = 100;
            std::cout << wp.use_count() << std::endl;
        }
    }
    //delete memory
}