重学C++系列之智能指针简单介绍

一、什么是智能指针

        在使用堆内存时，就像使用栈内存空间一样，可以实现自释放的功能，智能指针在C++库中也是类模板之一。

二、智能指针有几种

        有四种。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++弃用且被unique_ptr 代替，不推荐使用。

        1、unique_ptr, 实现了独占式拥有的概念，同一个时间只能有一个智能指针可以指向该对象，因为无法进行拷贝构造和拷贝赋值，但是可以进行移动构造和移动赋值。

        2、share_ptr, 实现了共享式拥有的概念，即多个智能指针可以指向相同的对象，该对象及相关资源会在其所指对象不再使用之后，自己释放与对象相关的资源。

        3、weak_ptr, 解决share_ptr相互引用时，两个指针的引用计数永远不会下降为0，从而导致死锁问题。而weak_ptr 是对对象的一种弱引用，可以绑定share_ptr, 但不会增加对象的引用计数。

        4、atuo_ptr, 实现独占式拥有的概念，同一时间只能有一个智能指针可以指向该对象；但atuo_ptr在C++17中被摒弃，其主要问题在于：对象所有权的转移，比如在函数传参过程中，对象所有权不会返还，从而存在潜在的内存崩溃问题；不能指向数组，也不能作为STL容器的成员。

三、智能指针的特点

        1、在C++库中也是类模板之一。

        2、实际上将指针封装在一个类，通过对象来管理指针。

        3、作用主要用来管理内存，在C++中，是一种管理资源，避免泄漏内存的习惯用法，也称RAII（资源获取及初始化）

四、案例

        1、auto_ptr的简单实现

#include <iostream>using namespace std;class Test1
{
private:int a;
public:Test1(int a = 0){cout << "Test1()" << endl;this->a = a;}~Test1(){cout << "~Test1()" << endl;}void show(){cout << "a = " << a << endl;}
};class Test2
{
private:int a;
public:Test2(int a = 0){cout << "Test2()" << endl;this->a = a;}~Test2(){cout << "~Test2()" << endl;}void show(){cout << "a = " << a << endl;}
};template <class T>
class myauto_ptr
{
private:T *ptr;
public:// 使用类模板的方式来适应多个类myauto_ptr(T *ptr = T ()){this->ptr = ptr;}~myauto_ptr(){delete ptr;     // 重点在这里cout << "~myauto_ptr" << endl;}// 重载成员函数, 让本类的指针成员变量可以调用T类对象的成员函数T* operator ->(){return ptr;}T& operator *(){return *ptr;}
};int main()
{Test1 *p1 = new Test1(10);// delete p1;   // 如果没有这步，会造成内存泄漏Test2 *p2 = new Test2(20);myauto_ptr<Test1> p3(new Test1(100));myauto_ptr<Test2> p4(new Test2(200));p3->show();(*p4).show();return 0;
}

        2、share_ptr的简单实现

#include <iostream>using namespace std;// 定义一个共享的全局变量，用来描述指向某个对象的指针个数
int share_count = 1;    class Test1
{
private:int a;
public:Test1(int a = 0){cout << "Test1()" << endl;this->a = a;}~Test1(){cout << "~Test1()" << endl;}void show(){cout << "a = " << a << endl;}
};template <class T>
class myshare_ptr
{
private:T *ptr;
public:// 使用类模板的方式来适应多个类myshare_ptr(T *ptr = T ()){this->ptr = ptr;}~myshare_ptr(){cout << "count :" << share_count-1 << endl;if(this->ptr != nullptr && --share_count == 0){delete ptr;     // 重点在这里}cout << "~myshare_ptr" << endl;}myshare_ptr(const myshare_ptr& other){this->ptr = other.ptr;share_count++;}T& operator = (const myshare_ptr& other){share_count++;this->ptr = other.ptr;return *this->ptr;}// 重载成员函数, 让本类的指针成员变量可以调用T类对象的成员函数T* operator ->(){return ptr;}T& operator *(){return *ptr;}
};int main()
{Test1 *p1 = new Test1(10);// delete p1;   // 如果没有这步，会造成内存泄漏myshare_ptr<Test1> p2(new Test1(100));myshare_ptr<Test1> p3 = p2;myshare_ptr<Test1> p4 = p2;p3->show();return 0;
}

五、总结

        本篇只是简单讲解一下四种智能指针，并简单实现了两个简单的案例，实际使用中还是用C++提供的智能指针。了解内部原理有助于正确使用。