本文探讨了内存泄漏的概念及其危害，并介绍了智能指针作为解决内存管理问题的有效手段。通过对比不同类型的智能指针（如std::auto_ptr、std::unique_ptr、std::shared_ptr），分析了它们的工作原理及适用场景。
目录
1. 为什么需要智能指针？
下面我们先分析一下下面这段程序有没有什么内存方面
的问题？提示一下：注意分析
MergeSort 函数中的问题。
int div()
{
int a, b;
cin >> a >> b;
if (b == 0)
throw invalid_argument("除0错误");
return a / b;
}
void Func()
{
// 1、如果p1这里new 抛异常会如何？
// 2、如果p2这里new 抛异常会如何？
// 3、如果div调用这里又会抛异常会如何？
int* p1 = new int;//p1抛异常，程序从这一步直接跳catch，没问题
int* p2 = new int;//p2抛异常，程序从这一步跳catch，p1无法释放，资源泄露
cout << div() << endl;//这里抛异常，调到catch，p1,p2无法释放，资源泄露
delete p1;
delete p2;
}
int main()
{
try
{
Func();
}
catch (exception& e)
{
cout << e.what() << endl;
}
return 0;
}2. 内存泄漏
2.1 什么是内存泄漏，内存泄漏的危害
什么是内存泄漏
：内存泄漏指因为疏忽或错误造成程序未能释放已经不再使用的内存的情况。内
存泄漏并不是指内存在物理上的消失，而是应用程序分配某段内存后，因为设计错误，失去了对
该段内存的控制，因而造成了内存的浪费。
内存泄漏的危害
：长期运行的程序出现内存泄漏，影响很大，如操作系统、后台服务等等，出现
内存泄漏会导致响应越来越慢，最终卡死。
void MemoryLeaks()
{
// 1.内存申请了忘记释放
int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
int* p2 = new int;
// 2.异常安全问题
int* p3 = new int[10];
Func(); // 这里Func函数抛异常导致 delete[] p3未执行，p3没被释放.
delete[] p3;
}2.2 内存泄漏分类
C/C++
程序中一般我们关心两种方面的内存泄漏：
堆内存泄漏(Heap leak)
堆内存指的是程序执行中依据须要分配通过
malloc / calloc / realloc / new
等从堆中分配的一
块内存，用完后必须通过调用相应的
free
或者
delete
删掉。假设程序的设计错误导致这部分
内存没有被释放，那么以后这部分空间将无法再被使用，就会产生
Heap Leak
。
系统资源泄漏
指程序使用系统分配的资源，比方套接字、文件描述符、管道等没有使用对应的函数释放
掉，导致系统资源的浪费，严重可导致系统效能减少，系统执行不稳定。
2.4如何避免内存泄漏
1.
工程前期良好的设计规范，
养成良好的编码规范，申请的内存空间记着匹配的去释放
。
ps
：
这个理想状态。但是如果碰上异常时，就算注意释放了，还是可能会出问题。
2.
采用
RAII思想
或者
智能指针
来管理资源。
3.
有些公司内部规范使用内部实现的私有内存管理库。这套库自带内存泄漏检测的功能选项。
4.
出问题了使用内存泄漏工具检测。
ps
：不过很多工具都不够靠谱，或者收费昂贵。
总结:
内存泄漏非常常见，解决方案分为两种：
1、事前预防型。如智能指针等。
2
、事后查错型。如泄漏检测工具。
3.智能指针的使用及原理
3.1 RAII
RAII（
Resource Acquisition Is Initialization
）是一种
利用对象生命周期来控制程序资源
（如内 存、文件句柄、网络连接、互斥量等等）的简单技术。
在对象构造时获取资源
，接着控制对资源的访问使之在对象的生命周期内始终保持有效，
最后在
对象析构的时候释放资源
。借此，我们实际上把管理一份资源的责任托管给了一个对象。
这种做法有两大好处：
1. 不需要显式地释放资源。
2. 采用这种方式，对象所需的资源在其生命期内始终保持有效。
// 使用RAII思想设计的SmartPtr类
template<class T>
class SmartPtr {
public:
SmartPtr(T* ptr = nullptr)
: _ptr(ptr)
{}
~SmartPtr()
{
if (_ptr)
delete _ptr;
}
private:
T* _ptr;
};
int div()
{
int a, b;
cin >> a >> b;
if (b == 0)
throw invalid_argument("除0错误");
return a / b;
}
void Func()
{
SmartPtr<int> sp1(new int);//类似之前p1指针
SmartPtr<int> sp2(new int);//类似之前p2指针
cout << div() << endl;//即使这里报错，上面new的资源也会在栈帧销毁时释放
}
int main()
{
try {
Func();
}
catch (const exception& e)
{
cout << e.what() << endl;
}
return 0;
}3.2 智能指针的原理
上述的
SmartPtr
还不能将其称为智能指针，因为它还不具有指针的行为。指针可以解引用，也可
以通过
->
去访问所指空间中的内容，因此：
AutoPtr
模板类中还得需要将operator
*
、operator
->
重载下，才可让其
像指针一样去使用
。
template<class T>
class SmartPtr {
public:
SmartPtr(T* ptr = nullptr)
: _ptr(ptr)
{}
~SmartPtr()
{
if (_ptr)
delete _ptr;
}
T& operator*() { return *_ptr; }
T* operator->() { return _ptr; }
private:
T* _ptr;
};
struct Date
{
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
SmartPtr<int> sp1(new int);
*sp1 = 10;
cout << *sp1 << endl;
SmartPtr<Date> sparray(new Date);
// 需要注意的是这里应该是sparray.operator->()->_year = 2018;
// 本来应该是sparray->->_year这里语法上为了可读性，省略了一个->
sparray->_year = 2018;
sparray->_month = 1;
sparray->_day = 1;
}
总结一下智能指针的原理：
1. RAII特性
2. 重载operator*和opertaor->，具有像指针一样的行为。
3.3 std::auto_ptr
C++98
版本的库中就提供了
auto_ptr
的智能指针。下面演示的
auto_ptr
的使用及问题。
auto_ptr的实现原理
：
管理权转移的思想
，下面简化模拟实现了一份
zj::auto_ptr
来了解它的原
理
namespace zj
{
template<class T>
class auto_ptr
{
public:
auto_ptr(T* ptr)
:_ptr(ptr)
{}
auto_ptr(auto_ptr<T>& sp)
:_ptr(sp._ptr)
{
// 管理权转移
sp._ptr = nullptr;
}
auto_ptr<T>& operator=(auto_ptr<T>& ap)
{
// 检测是否为自己给自己赋值
if (this != &ap)
{
// 释放当前对象中资源
if (_ptr)
delete _ptr;
// 转移ap中资源到当前对象中
_ptr = ap._ptr;
ap._ptr = NULL;
}
return *this;
}
~auto_ptr()
{
if (_ptr)
{
cout << "delete:" << _ptr << endl;
delete _ptr;
}
}
// 像指针一样使用
T& operator*()
{
return *_ptr;
}
T* operator->()
{
return _ptr;
}
private:
T* _ptr;
};
}
//结论：auto_ptr是一个失败设计，很多公司明确要求不能使用auto_ptr
int main()
{
std::auto_ptr<int> sp1(new int);
std::auto_ptr<int> sp2(sp1); // 管理权转移
// sp1悬空
*sp2 = 10;
cout << *sp2 << endl;
cout << *sp1 << endl;
return 0;
}3.4 std::unique_ptr
C++11
中开始提供更靠谱的
unique_ptr
unique_ptr的实现原理
：
简单粗暴的防拷贝
，下面简化模拟实现了一份
UniquePtr
来了解它的原
理
namespace zj
{
template<class T>
class unique_ptr
{
public:
unique_ptr(T* ptr)
:_ptr(ptr)
{}
//防拷贝
unique_ptr(unique_ptr<T>& sp) = delete;
unique_ptr<T>& operator=(unique_ptr<T>& ap) = delete;
~unique_ptr()
{
if (_ptr)
{
delete _ptr;
}
}
//像指针一样
T& operator*()
{
return *_ptr;
}
T* operator->()
{
return _ptr;
}
private:
T* _ptr;
};
}3.5 std::shared_ptr
C++11
中开始提供更靠谱的并且支持拷贝的
shared_ptr
shared_ptr的原理
：是
通过引用计数的方式来实现多个shared_ptr对象之间共享资源
。
1. shared_ptr
在其内部，
给每个资源都维护了着一份计数，用来记录该份资源被几个对象共
享。
2.
在
对象被销毁时
(
也就是析构函数调用
)
，就说明自己不使用该资源了，对象的引用计数减1。
3.
如果引用计数是0
，就说明自己是最后一个使用该资源的对象，
必须释放该资源
；
4.
如果不是0
，就
说明除了自己还有其他对象在使用该份资源
，
不能释放该资源
，否则其他对象就成野指针了。
namespace zj
{
template<class T>
class shared_ptr
{
public:
shared_ptr(T* ptr)
:_ptr(ptr)
,_pCount(new int(1))
{}
shared_ptr(shared_ptr<T>& sp)
:_ptr(sp._ptr)
,_pCount(sp._pCount)
{
++(*_pCount);
}
~shared_ptr()
{
if (--(*_pCount) == 0)
{
cout << "Delete:" << _ptr << endl;
delete _ptr;
delete _pCount;
}
}
shared_ptr<T>& operator=(shared_ptr<T>& ap)
{
if (_ptr == ap._ptr)
return *this;
if (--(*_pCount) == 0)
{
delete _ptr;
delete _pCount;
}
_ptr = ap._ptr;
_ptr = ap._pCount;
(*_pCount)++;
return *this;
}
T& operator*()
{
return *_ptr;
}
T* operator->()
{
return _ptr;
}
private:
T* _ptr;
int* _pCount;
};
}3.6 std::shared_ptr的循环引用
struct ListNode
{
int _data;
shared_ptr<ListNode> _prev;
shared_ptr<ListNode> _next;
~ListNode() { cout << "~ListNode()" << endl; }
};
int main()
{
shared_ptr<ListNode> node1(new ListNode);
shared_ptr<ListNode> node2(new ListNode);
cout << node1.use_count() << endl;
cout << node2.use_count() << endl;
node1->_next = node2;
node2->_prev = node1;
cout << node1.use_count() << endl;
cout << node2.use_count() << endl;
return 0;
}
循环引用分析：
1. node1
和
node2
两个智能指针对象指向两个节点，引用计数变成
1
，我们不需要手动delete。
2. node1
的
_next
指向
node2
，
node2
的
_prev
指向
node1
，引用计数变成
2
。
3. node1
和
node2
析构，引用计数减到
1
，但是
_next
还指向下一个节点。但是
_prev
还指向上一个节点。
4.
也就是说
_next
析构了，
node2
就释放了。
5.
也就是说
_prev
析构了，
node1
就释放了。
6.
但是
_next
属于
node
的成员，
node1
释放了，
_next
才会析构，而
node1
由
_prev
管理，
_prev
属于
node2
成员，所以这就叫循环引用，谁也不会释放.
解决方案：在引用计数的场景下，把节点中的_prev和_next改成weak_ptr就可以了 。
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