C++ 智能指针(三) std::shared_ptr

C++ STL智能指针系列：

• C++ 智能指针(一) std::auto_ptr
• C++ 智能指针(二) std::unique_ptr
• C++ 智能指针(三) std::shared_ptr
• C++ 智能指针(四) std::weak_ptr

前言

在上篇文章中，我们提到了unique_ptr，解决了一部分auto_ptr的问题，但是前面这两种指针都是基于排他所有权模式，无法被多个对象托管。为应对这个问题，shared_ptr出现了。

std::shared_ptr

shared_ptr是最常用的智能指针。shared_ptr使用了引用计数(reference counting)，也就是说每引用一次，引用计数就会加一，而一个生命周期结束又会减一。等到这个计数为0时，就delete。这就防止了多次析构的问题。

下面的都是两次访问都是合法的，因为shared_ptr有引用计数，就不存在所有权的问题了：

shared_ptr<Object> pObj1(new Object());
shared_ptr<Object> pObj2 = pObj1;
cout<<pObj1->num<<endl;
cout<<pObj2->num<<endl;

shared_ptr用法

使用std::make_shared函数创建对象

官方建议使用make_shared创建对象，主要原因是：

1.创建方便
对比于传统的默认构造函数：

shared_ptr<Object> pObj(new Object());

使用make_shared更加方便

auto pObj = make_shared<Object>();

2.减少分配次数
传统方法要分配一次new Object()再分配一次shared_ptr控制块，而make_ptr直接一次分配了shared_ptr控制块。

3.异常安全
假设我现在有一个函数function，我需要传入两个shared_ptr：

void function(const shared_ptr<Object1> &pObj1, 
	const shared_ptr<Object2> &pObj2);

使用时：

function(shared_ptr<Object1>(new Object1("I'm obj1")),
	shared_ptr<Object2>(new Object2("I'm obj2")));

由于C++允许按任意顺序执行子表达式(C++17之前，所以C++17之后就不存在这个问题)。其中一个可能的执行顺序是:

• 1. new Object1("I'm obj1")
• 2. new Object2("I'm obj2")
• 3. std::shared_ptr<Object1>
• 4. std::shared_ptr<Object2>

假设在第2步抛出了异常，我们就会丢失在第一步分配的内存, 这块内存回收不了, 就导致了内存泄露。

此问题的解决方法就是使用make_shared，他只用一次分配，就不存在前面的那种情况：

function(std::make_shared<Object1>("I'm obj1"),
	std::make_shared<Object2>("I'm obj2"));

其实还有一种解决方法，就是将其拆出来，分配后再传入：

shared_ptr<Object1> pObj1(new Object1("I'm obj1"));
shared_ptr<Object2> pObj2(new Object2("I'm obj2"));
function(pObj1, pObj2);

但是这种方法明显繁琐许多，所以我们还是建议使用make_shared。

Notice:
make_shared无法传入deleter，如果要使用自定义的deleter，还是只有使用默认的构造函数。

常用成员方法

其中的修改器reset、swap与unique_ptr相同，shared_ptr舍弃了release方法，因为其实reset()可以直接替代release()；
观察器get、operator* & operator->、operator[]和operator bool也都相同。此外，shared_ptr还提供了其他的观察器。

1. use_count()方法

此函数返回引用计数，可以帮助我们查看被几个shared_ptr所托管：

auto pObj1 = make_shared<Object>();
auto pObj2 = pObj1;
auto pObj3 = pObj1;
cout<<pObj1.use_count()<<endl;//pObj1,pObj2,pObj3效果都相同

输出结果：

3

2. unique()方法

这个函数C++17就弃用了，C++20移除了它，这个函数的作用是检测是否只有一个shared_ptr托管，相当于use_count()==1

自定义删除器

shared_ptr也可以自定义删除器，和unique_ptr一样。在unique_ptr我们讲了伪函数与函数作为删除器，这里我们补充一下lambda表达式作为删除器，此方法也同样适用于unique_ptr.

比如对于：

class Deleter
{
public:
	void operator() (Object * p) { 
		delete[] p; 
	}
};

shared_ptr<Object> pObj(new Object[5], Deleter());

使用lambda表达式：

shared_ptr<Object> pObj(new Object[5], [](Object* p){
	delete[] p;
});