[2.3节]什么是shared_ptr共享的智能指针？-优快云博客

0 前言

涉及的代码可在repo中找到：https://github.com/leoda1/the-notes-of-cuda-programming/tree/main/code/CPU
C++程序设计中使用堆内存是非常频繁的操作，堆内存的申请和释放都由程序员自己管理。C++11中引入了智能指针的概念，方便管理堆内存。使用普通指针，容易造成堆内存泄露（忘记释放），二次释放，程序发生异常时内存泄露等问题等，使用智能指针能更好的管理堆内存。

C++里面的四个智能指针: ~~auto_ptr~~ ,unique_ptr,shared_ptr, weak_ptr 其中后三个是C++11支持，第一个已经被C++11弃用。使用这些智能指针时需要引用头文件<memory>。

1 shared_ptr共享的智能指针

共享的智能指针 std::shared_ptr使用引用计数，每一个shared_ptr的拷贝都指向相同的内存。再最后一个shared_ptr析构的时候，内存才会被释放。shared_ptr共享被管理对象，同一时刻可以有多个shared_ptr拥有对象的所有权，当最后一个 shared_ptr对象销毁时，被管理对象自动销毁。简单来说，shared_ptr实现包含了两部分：

一个指向堆上创建的对象的裸指针：raw_ptr
一个指向内部隐藏的、共享的管理对象：share_count_object

初始化：

使用new初始化，使用make_shared初始化，使用另一个shared_ptr初始化，使用unique_ptr初始化后move给shared_ptr，使用自定义删除器初始化等等。这里简单说明前三种，最推荐使用第二种(因为他更高效)。

第一种是：std::shared_ptr<int> ptr(new int(42));

第二种是：std::shared_ptr<int> ptr = std::make_shared<int>(42);

第三种是：

std::shared_ptr<int> ptr1 = std::make_shared<int>(42);
std::shared_ptr<int> ptr2 = ptr1; // 拷贝初始化

初始化的时候会涉及两个动态内存分配：

对象的内存分配：这是为了分配存储对象本身的内存，这一步是new表达式完成的。它会分配足够内存给这个int(42)，并调用int型的构造函数来初始化这块内存。
控制块的内存分配：std::shared_ptr需要一个额外的控制块来存储与对象管理相关的信息，比如引用计数和可自定义删除器。

在make_shared中只进行了一次就将这两个动态内存就分配完毕了，并且此时的对象和控制块的内存是相邻连续的，会提高缓存的使用效率。而第一种先new分配内存给int(42)，再shared_ptr 构造函数为自己控制块分配另一块内存。

对于一个未初始化的智能指针，这里会用到shared_ptr的第一个成员函数reset()方法来初始化。当智能指针有值的时候调用reset()会将当前管理的对象的引用计数减1。这个管理的对象的引用计数为0就会被销毁，没到0的话当前 shared_ptr 不再管理它。那么不管它了就结束了吗？不是，reset有三种重载形式：无参，带指针参数，以及带指针和删除器参数。定义如下：

//释放当前管理的对象，并将 shared_ptr 置为空指针（即不再管理任何对象）。
void reset() noexcept; 

//释放当前管理的对象，并将 shared_ptr 指向 ptr 所指向的对象。ptr 必须是一个可以转换为 T* 
//的指针类型（T 是 shared_ptr 管理的对象类型）。
template <class Y>
void reset(Y* ptr);

//释放当前管理的对象，并将 shared_ptr 指向 ptr 所指向的对象，同时指定一个自定义的删除器 d。
//删除器 d 是一个可调用对象，用于在 shared_ptr 不再管理对象时释放资源。
template <class Y, class Deleter>
void reset(Y* ptr, Deleter d);

初始化部分范例代码：

// init_sample.cpp
#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;

void test(shared_ptr<int> sp) {
    cout << "sp3.use_count() =" << sp.use_count() << endl;
}

int main() {
    auto sp1 = make_shared<int>(100);  //use make_shared
    shared_ptr<int> sp2(new int(100)); //use new to init
    cout << "sp1.use_count() =" << sp1.use_count() << endl;
    cout << "sp2.use_count() =" << sp2.use_count() << endl;
    shared_ptr<int> sp3(new int(100));
    test(sp3);
    cout << "sp4.use_count() =" << sp3.use_count() << endl;

    shared_ptr<int> p1;
    p1.reset(new int(1)); //带参数的reset会将p1指向int(1)
    shared_ptr<int> p2 = p1;

    // 现在p1 和 p2 都是指向int(1)
    cout << "p2.use_count() = " << p2.use_count()<< endl;//输出2
    cout << "p1.use_count() = " << p1.use_count()<< endl;//输出2

    p1.reset();   // 没有参数就是释放资源
    cout << "p2.use_count() = " << p2.use_count() << endl;//输出1
    cout << "p1.use_count() = " << p1.use_count()<< endl;//输出0

    return 0;
}
/* 
sp1.use_count() =1
sp2.use_count() =1
sp3.use_count() =2
sp4.use_count() =1
p2.use_count() = 2
p1.use_count() = 2
p2.use_count() = 1
p1.use_count() = 0
*/

补充：这里会用到shared_ptr的第二个成员函数use_count()：它是 std::shared_ptr 的一个成员函数，用来返回当前 shared_ptr 所管理的对象 被多少个 shared_ptr 实例共享引用。

获取原始指针:

当需要获取原始指针时，可以通过get方法来返回原始指针，代码如下所示：
```
std::shared_ptr<int> ptr(new int(1));
int *p = ptr.get(); //万一不小心 delete p;
```
谨慎使用p.get()的返回值，如果你不知道其危险性则永远不要调用get()函数。

p.get()的返回值就相当于一个裸指针的值，上述陷阱的所有错误都有可能发生，遵守以下几个约定：
- 不要保存p.get()的返回值，无论是保存为裸指针还是shared_ptr都是错误的。保存为裸指针不知什么时候就会变成空悬指针，保存为shared_ptr则产生了独立指针
- 不要delete p.get()的返回值，会导致对一块内存delete两次的错误

指定删除器:

如果用shared_ptr管理非new对象或是没有析构函数的类时，应当为其写一个合适的删除器。


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

void deleter (int *p) {
    cout << "call Deleter delete p1" << endl;
    delete p;
}

int main() {
    shared_ptr<int> p1(new int(1), deleter);
    shared_ptr<int> p2(new int(1), [](int *p) {
        cout << "call lambda1 delete p2" << endl;
        delete p;
    });
    std::shared_ptr<int> p3(new int[10], [](int *p) {
        cout << "call lambda2 delete p3" << endl;
        delete []p;
    });
    std::shared_ptr<int> p4;
    p4.reset(new int(1), [](int* ptr) {
        std::cout << "use reset init and call lambda3 delete p4" << *ptr << std::endl;
        delete ptr;
    });
    return 0;
}

/******************************************************************
use reset init and call lambda3 delete p41
call lambda2 delete p3
call lambda1 delete p2
call Deleter delete p1
 *****************************************************************/