C++11常用特性（2）

智能指针内存管理

在内存管理方面，C++11的std::auto_ptr基础上，移植了boost库中的智能指针的部分实现，如std::shared_ptr、std::weak_ptr等，当然，想boost::thread一样，C++11也修复了boost::make_shared中构造参数的限制问题。把智能指针添加为标准，个人觉得真的非常方便，毕竟在C++中，智能指针在编程设计中使用的还是非常广泛。

　　什么是智能指针？网上已经有很多解释，个人觉得“智能指针”这个名词似乎起得过于“霸气”，很多初学者看到这个名词就觉得似乎很难。

　　简单地说，智能指针只是用对象去管理一个资源指针，同时用一个计数器计算当前指针引用对象的个数，当管理指针的对象增加或减少时，计数器也相应加1或减1，当最后一个指针管理对象销毁时，计数器为1，此时在销毁指针管理对象的同时，也把指针管理对象所管理的指针进行delete操作。

std::shared_ptr

std::shared_ptr包装了new操作符动态分别的内存，可以自由拷贝复制，基本上是使用最多的一个智能指针类型。

#include <memory>
class Test
{
public:
    Test()
    {
        std::cout << "Test()" << std::endl;
    }
    ~Test()
    {
        std::cout << "~Test()" << std::endl;
    }
};
int main()
{
    std::shared_ptr<Test> p1 = std::make_shared<Test>();
    std::cout << "1 ref:" << p1.use_count() << std::endl;
    {
        std::shared_ptr<Test> p2 = p1;
        std::cout << "2 ref:" << p1.use_count() << std::endl;
    }
    std::cout << "3 ref:" << p1.use_count() << std::endl;
    return 0;
}

从上面代码的运行结果，需要读者了解的是：

　　1、std::make_shared封装了new方法，boost::make_shared之前的原则是既然释放资源delete由智能指针负责，那么应该把new封装起来，否则会让人觉得自己调用了new，但没有调用delete，似乎与谁申请，谁释放的原则不符。C++也沿用了这一做法。

　　2、随着引用对象的增加std::shared_ptr p2 = p1，指针的引用计数有1变为2，当p2退出作用域后，p1的引用计数变回1，当main函数退出后，p1离开main函数的作用域，此时p1被销毁，当p1销毁时，检测到引用计数已经为1，就会在p1的析构函数中调用delete之前std::make_shared创建的指

std::weak_ptr

std::weak_ptr网上很多人说其实是为了解决std::shared_ptr在相互引用的情况下出现的问题而存在的，C++官网对这个只能指针的解释也不多，那就先甭管那么多了，让我们暂时完全接受这个观点。
std::weak_ptr有什么特点呢？与std::shared_ptr最大的差别是在赋值是，不会引起智能指针计数增加。

　我们下面将继续如下两点：
　　1、std::shared_ptr相互引用会有什么后果；
　　2、std::weak_ptr如何解决第一点的问题。

A、std::shared_ptr相互引用的问题示例：

#include <memory>
class TestB;
class TestA
{
public:
    TestA()
    {
        std::cout << "TestA()" << std::endl;
    }
    void ReferTestB(std::shared_ptr<TestB> test_ptr)
    {
        m_TestB_Ptr = test_ptr;
    }
    ~TestA()
    {
        std::cout << "~TestA()" << std::endl;
    }
private:
    std::shared_ptr<TestB> m_TestB_Ptr; //TestB的智能指针
}; 

class TestB
{
public:
    TestB()
    {
        std::cout << "TestB()" << std::endl;
    }

    void ReferTestB(std::shared_ptr<TestA> test_ptr)
    {
        m_TestA_Ptr = test_ptr;
    }
    ~TestB()
    {
        std::cout << "~TestB()" << std::endl;
    }
    std::shared_ptr<TestA> m_TestA_Ptr; //TestA的智能指针
};


int main()
{
    std::shared_ptr<TestA> ptr_a = std::make_shared<TestA>();
    std::shared_ptr<TestB> ptr_b = std::make_shared<TestB>();
    ptr_a->ReferTestB(ptr_b);
    ptr_b->ReferTestB(ptr_a);
    return 0;
}

大家可以看到，上面代码中，我们创建了一个TestA和一个TestB的对象，但在整个main函数都运行完后，都没看到两个对象被析构，这是什么问题呢？

原来，智能指针ptr_a中引用了ptr_b，同样ptr_b中也引用了ptr_a，在main函数退出前，ptr_a和ptr_b的引用计数均为2，退出main函数后，引用计数均变为1，也就是相互引用。

这等效于说：

　ptr_a对ptr_b说，哎，我说ptr_b，我现在的条件是，你先释放我，我才能释放你，这是天生的，造物者决定的，改不了。

ptr_b也对ptr_a说，我的条件也是一样，你先释放我，我才能释放你，怎么办？

　是吧，大家都没错，相互引用导致的问题就是释放条件的冲突，最终也可能导致内存泄漏。

std::weak_ptr如何解决相互引用的问题

我们在上面的代码基础上使用std::weak_ptr进行修改：

#include <memory>
class TestB;
class TestA
{
public:
    TestA()
    {
        std::cout << "TestA()" << std::endl;
    }
    void ReferTestB(std::shared_ptr<TestB> test_ptr)
    {
        m_TestB_Ptr = test_ptr;
    }
    void TestWork()
    {
        std::cout << "~TestA::TestWork()" << std::endl;
    }
    ~TestA()
    {
        std::cout << "~TestA()" << std::endl;
    }
private:
    std::weak_ptr<TestB> m_TestB_Ptr;
};

class TestB
{
public:
    TestB()
    {
        std::cout << "TestB()" << std::endl;
    }

    void ReferTestB(std::shared_ptr<TestA> test_ptr)
    {
        m_TestA_Ptr = test_ptr;
    }
    void TestWork()
    {
        std::cout << "~TestB::TestWork()" << std::endl;
    }
    ~TestB()
    {
        std::shared_ptr<TestA> tmp = m_TestA_Ptr.lock();//1
        tmp->TestWork();//2
        std::cout << "2 ref a:" << tmp.use_count() << std::endl;//3
        std::cout << "~TestB()" << std::endl;//4
    }
    std::weak_ptr<TestA> m_TestA_Ptr;
};


int main()
{
    std::shared_ptr<TestA> ptr_a = std::make_shared<TestA>();
    std::shared_ptr<TestB> ptr_b = std::make_shared<TestB>();
    ptr_a->ReferTestB(ptr_b);
    ptr_b->ReferTestB(ptr_a);
    std::cout << "1 ref a:" << ptr_a.use_count() << std::endl;
    std::cout << "1 ref b:" << ptr_a.use_count() << std::endl;
    return 0;
}

由以上代码运行结果我们可以看到：

1、所有的对象最后都能正常释放，不会存在上一个例子中的内存没有释放的问题。

函数中退出前，引用计数均为1，也就是说，在TestA和TestB中对std::weak_ptr的相互引用，不会导致计数的增加。在TestB析构函数中，调用std::shared_ptr tmp = m_TestA_Ptr.lock()，把std::weak_ptr类型转换成std::shared_ptr类型，然后对TestA对象进行调用。