C++ 智能指针

一、为什么需要智能指针

• 智能指针主要解决以下问题：
  • 内存泄漏：内存需要手动释放，使用智能指针可以自动释放。
  • 共享所有权指针的传播和释放，比如多线程使用同一个对象时析构问题。
    
• C++ 里面的四个智能指针：auto_ptr 、shared_ptr、unique_ptr、weak_ptr，其中后三个是 C++ 11支持，并且第一个已经被 C++ 11 弃用。
  • shared_ptr 共享对象的所有权，但性能略差。
  • unique_ptr 独占对象的所有权，由于没有引用计数，因此性能较好。
  • weak_ptr 配合 shared_ptr，解决循环引用的问题。

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二、shared_ptr 内存模型

• shared_ptr 内部包含两个指针：一个指向对象，另一个指向控制块（control block），控制块中包含一个引用计数（reference count），一个弱计数（weak count） 和其它的一些数据 。
  
• 自动释放内存
  • 智能指针退出作用域，在栈上自动析构。
  • buf2 先析构，reference_count = 1，
  • buf 再析构，reference_count = 0，释放对象 T Object。

    {
           
      shared_ptr<Buffer> buf = make_shared<Buffer>("auto free memory");
      buf2 = buf;
    }
    

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三、shared_ptr 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，在最后一个 shared_ptr 析构的时候，内存才会被释放。
• shared_ptr 共享被管理的对象，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。
• 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。
    • use_count ：当前这个堆上对象被多少对象引用了，也就是引用计数。

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四、shared_ptr 基本用法

• get()

  std::shared_ptr<int> s(new int(1));
  int *p = s.get(); // 返回  shared_ptr 中保存的裸指针 
  /*
      谨慎使用 s.get() 的返回值，遵循以下约定
      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
  */
  

• reset()

  s.reset(...); // 重置 shared_ptr
  /* reset() 不带参数时：
       若智能指针 s 是唯一指向该对象的指针，则释放，并置空。
       若智能指针 s 不是唯一指向该对象的指针，则引用计数减少 1， 同时将 s 置空 
     reset() 带参数时：
       若智能指针 s 是唯一指向该对象的指针，则释放并指向新的对象。
       若智能指针 s 不是唯一指向该对象的指针，则只减少引用计数，并指向新的对象
  */
  auto s = make_shared<int>(100);
  s.reset(new int(200));
  

• use_count() 和 unique()

  s.use_count(); // 返回 shared_ptr 的强引用计数
  s.unique(); // 若 use_count 为 1 ，返回 true，否则返回 false
  

• 优先使用 make_shared 来构造智能指针，因为更高效。

  // 初始化 shared_ptr
  std::shared_ptr<int> p1(new int(1));
  std::shared_ptr<int> p2 = p1;
  
  std::shared_ptr<int> p3;
  p3.reset(new int(1));
  
  auto sp = make_shared<int>(100);
  std::shared_ptr sp1 = make_shared<int>(100);
  

• 智能指针可通过重载的 bool 类型操作符来判断。

  std::shared_ptr<int> p1;
  p1.reset(