智能指针(unique_ptr，shared_ptr，weak

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01 引入

在实际的C++开发中，我们经常会遇到诸如程序运行中突然崩溃，程序运行所用内存越来越多最终不得不重启等问题，这些问题往往都是内存资源管理不当造成的(内存泄漏)
比如：

有些内存资源已经被释放，但指向它的指针并没有改变指向(成为了野指针)，并且后续还在使用

int *p = new int[100];

delete [] p; // p指向的空间已经被释放



// p指向了已经释放的空间

*p = 1024; // 操作不属于自己的内存



有些内存资源已经被释放，后期又试图再释放一次(重复释放同一块内存会导致程序运行奔溃) ----- double free



没有及时释放不再使用的内存资源，造成内存泄漏，程序占用的内存资源越来越多

void get_memory(char *p) {

p = new char[100];

}

        针对以上这些情况，很多程序员认为C++语言应该提供更友好的内存管理机制，这样就可以将精力集中于开发项目的各个功能上

事实上，内存管理的替代方案很早就有了，早在1959年前后，就有人提出了“垃圾自动回收”机制。所谓垃圾，指的是那些不再使用或者没有任何指针指向的内存空间，而“回收”则指的是将这些“垃圾”收集起来以便再次利用

如今，垃圾回收机制已经大行其道，得到了诸多编程语言的支持，例如：Java，Python，C#，PHP等
而C++虽然从来没有公开的支持过垃圾回收机制，但C++98/03标准中，支持使用auto_ptr智能指针来实现堆内存的自动回收

C++11新标准在废弃auto_ptr的同时，增添了unique_ptr，shared_ptr以及weak_ptr这3个智能指针来实现堆内存的自动回收

所谓智能指针，可以从字面上理解为“智能”的指针，具体来讲，智能指针和普通指针的用法是相似的(->/*)，不同之处在于，智能指针可以在适当时机自动释放分配的内存，也就是说，使用智能指针可以很好地避免“忘记释放内存而导致内存泄漏”问题出现，由此可见，C++也逐渐开始支持垃圾回收机制了，尽管目前支持程度还有限

C++智能指针底层是采用引用计数的方式实现的，简单的理解，智能指针在申请堆内存空间的同时，会为其配备一个整形值(初始值为1)，每当有新对象使用此堆内存时，该整形值+1，反之，每当使用此堆内存的对象被释放时，该整形值减1，当堆空间对应的整形值为0时，即表明不再有对象使用它，该堆空间就会被释放掉

02 C++11 shared_ptr智能指针

实际上，每种智能指针都是以类模板的方式实现的，shared_ptr 也不例外

shared_ptr<T> (其中T表示指针指向的具体数据类型)的定义位于<memory>头文件，并位于std命名空间中，因此在使用该类型指针时，程序中应包含如下两行代码：

#include <memory>
using namespace std;

注意，第二行代码并不是必须的，也可以不添加，则后续在使用shared_ptr智能指针时，就需要明确指明std::



值的一提的是，和unique_ptr，weak_ptr不同之处在于，多个shared_ptr智能指针可以共同使用同一块堆内存，并且，由于该类型智能指针在实现上采取的是引用计数机制，即便有

一个shared_ptr指针放弃了堆内存的“使用权”(引用计数减1)，也不会影响其他指向同一堆内存的shared_ptr指针(只有引用计数为0时，堆内存才会被自动释放)

1. shared_ptr智能指针的创建

shared_ptr<T>类模板中，提供了多种实用的构造函数，这里列举了几个常用的构造函数

(以构建指向int类型数据的智能指针为例)

        (1) 通过如下两种方式，可以构造出shared_ptr<T>类型的空智能指针

                std::shared_ptr<int> p1; // 不传入任何实参

        std::shared_ptr<int> p2(nullptr); // 传入空指针 nullptr

注意：空的shared_ptr 指针，其初始引用计数为0，而不是1
p1和p2不管理任何堆空间

(2) 在构建shared_ptr智能指针，也可以明确其指向

例如：

std::shared_ptr<int> p3(new int(10));

由此，我们就成功构建了一个shared_ptr智能指针，其指向一块存有10这个int类型数据的堆内存空间

同时，C++11标准中还提供了std::make_shared<T>模板函数，其可以用于初始化shared_ptr智能指针，例如：

std::shared_ptr<int> p3 = std::make_shared<int>(10);

以上两种方式创建的p3是完全相同的

(3) 除此之外，shared_ptr<T>模板还提供有相应的拷贝构造函数和移动构造函数

例如：

// 调用拷贝构造函数

std::shared_ptr<int> p4{p3};

// 或者 std::shared_ptr<int> p4 = p3;

// 调用移动构造函数

std::shared_ptr<int> p5(std::move(p4));

// 或者 std::shared_ptr<int> p5 = std::move(p4);

                如上所示，p3和p4都是shared_ptr类型的智能指针，因此可以用p3来初始化p4，由于p3是左值，因此会调用拷贝构造函数，需要注意的是，如果p3为空智能指针，则p4也为空智能指针，其引用计数初始值为0，反之，则表明p4和p3指向同一块堆内存，同时该堆空间的引用计数会加1，而对于std::move(p4)来说，该函数会强制将p4转换成对应的右值，因此初始化p5调用的是移动构造函数，另外和调用拷贝构造函数不同,用std::move(p4)初始化p5，会使得p5拥有了p4的堆内存，而p4则变成了空智能指针

                注意，同一普通指针不能同时为多个shared_ptr对象赋值，否则会导致程序发生异常，例如：

int *ptr = new int; // 开辟了一块空间

std::shared_ptr<int> p1(ptr);

std::shared_ptr<int> p2(ptr); // ERROR

p1和p2的引用计数是单独算的，它们任意一个对象在析构的时候，都会销毁ptr所指的对象，ptr就为悬空指针，所以，这个对象会被“销毁两次”

        (4) 在初始化shared_ptr智能指针时，还可以自定义所指堆内存的释放规则，这样当堆内存的引用计数为0时，会优先调用我们自定义的释放规则

                在某些场景中，自定义释放规则是很有必要的，比如，对于申请的动态数组来说，shared_ptr 指针默认的释放规则是不支持释放数组的，只能自定义对应的释放规则，才能正确地释放申请的堆内存

                对于申请的动态数组，释放规则可以使用C++11标准中提供的default_delete<T>模板类，我们也可以自定义释放规则：

实际上借助lambda表达式，我们还可以像如下这样初始化p7，它们是完全相同的

std::shared_ptr<int> p7(new int[10], [](int *p){ delete [] p; });

shared_ptr<T>模板类还提供有其它一些初始化智能指针的方法

