C++--深度理解智能指针

PS:智能指针简单应用看这里  http://t.csdn.cn/qN7IK

1.智能指针的介绍

在C++中，智能指针有三个版本，分别为：

auto_ptr  unique_ptr shared_ptr 

这三个版本的智能指针中，shared_ptr最为完善，auto_ptr基本上没有太大用处，unique_ptr的使用场景并不多。对于智能指针来说，需要实现RAII和重载operator*和operator->，使它具有像指针一样的行为。

2.智能指针分析

    2.1 auto_ptr版本

        auto_ptr简单实现：

    template<class T>class Auto_ptr{public://管理权转移 auto_ptrAuto_ptr(T* ptr):_ptr(ptr){}Auto_ptr(Auto_ptr<T>& ptr):_ptr(ptr._ptr){ptr._ptr=nullptr;}T& operator=(const T& ptr){if (this != &ptr){if (_ptr){cout << "Delete:" << _ptr << endl;delete _ptr;}_ptr = ptr._ptr;ptr._ptr = nullptr;}return *this;}//析构函数需要写重载，不同常见需要不同析构函数/*~Auto_ptr(){if (_ptr){delete _ptr;}}*/T& operator*(){return *this;}T* operator->(){return this;}private:T* _ptr=nullptr;};

由于auto_ptr支持拷贝构造，为了确保指针所有者唯一，这里转移了所有权，转移所有权之后，导致了被拷贝的为空了，这是一大缺点，导致auto_ptr被遗弃。

2.2.unique_ptr的使用   

template<class T>class Unique_ptr{public:Unique_ptr(T* ptr):_ptr(ptr){}Unique_ptr(Auto_ptr<T>& ptr) = delete;T& operator=(const T& ptr) = delete;/*~Auto_ptr(){if (_ptr){delete _ptr;}}*/T& operator*(){return *this;}T* operator->(){return this;}private:T* _ptr = nullptr;};

    unique_ptr的底层直接没有使用拷贝构造和赋值重载，导致它只能使用在不需要拷贝构造和复制重载的场景上，所以unique_ptr的缺点为unique_ptr 不共享它的指针。 它无法复制到其它unique_ptr，无法通过值传递到函数，也无法用于需要副本的任何标准模板库 (STL) 算法。 只能移动unique_ptr 。 这意味着，内存资源所有权将转移到另一 unique_ptr，并且原始 unique_ptr 不再拥有此资源。

2.3 shared_ptr的使用

template<class T>class Shared_ptr{public:Shared_ptr(T* ptr=nullptr):_ptr(ptr),_Pcount(new int(1)){;}void Release(){if (--(*_Pcount) == 0){cout << "Delete:" << _ptr << endl;delete _ptr;delete _Pcount;}}~Shared_ptr(){Release();}Shared_ptr(Smart_ptr<T>& ptr):_ptr(ptr){(*_Pcount)++;ptr = nullptr;}Shared_ptr& operator=(Smart_ptr& ptr){if (_ptr == ptr._ptr)return *this;Release();--(*_Pcount);_ptr = ptr._ptr;_Pcount = ptr._Pcount;*_Pcount++;return *this;}T& operator*(){return *_ptr;}T* operator->(){return _ptr;}private:T* _ptr;int* _Pcount;};

在unique_ptr的基础上，新增加了一个版本，为shared_ptr版本。

基本原理：就是记录对象被引用的次数，当引用次数为 0 的时候，也就是最后一个指向该对象的共享指针析构的时候，共享指针的析构函数就把指向的内存区域释放掉。

特点:它所指向的资源具有共享性，即多个shared_ptr可以指向同一份资源，并在内部使用引用计数机制来实现这一点。

共享指针内存：每个 shared_ptr 对象在内部指向两个内存位置：

• 指向对象的指针；
• 用于控制引用计数数据的指针。

当新的 shared_ptr 对象与指针关联时，则在其构造函数中，将与此指针关联的引用计数增加1。

当任何 shared_ptr 对象超出作用域时，则在其析构函数中，它将关联指针的引用计数减1。如果引用计数变为0，则表示没有其他 shared_ptr 对象与此内存关联，在这种情况下，它使用delete函数删除该内存。

shared_ptr像普通指针一样使用，可以将*和->与 shared_ptr 对象一起使用，也可以像其他 shared_ptr 对象一样进行比较。

但是，对于shared_ptr来说，依然有一个缺点，如果是循环引用，那么将会出现bug，这时候就需要使用weak_ptr.

2.4 weak_ptr使用

weak_ptr是一个弱引用的智能指针，它可以与shared_ptr一起使用。weak_ptr不会增加所管理的对象的引用计数，因此它不会影响对象的生命周期。可以通过weak_ptr的lock()成员函数来获取一个指向所管理的对象的shared_ptr。

3.总结：

3.1 智能指针原理：

智能指针解决问题的思想：将常规指针进行包装，当智能指针对象过期时，让它的析构函数对常规指针进行内存释放。

auto_ptr（C++98的方案，C++11已经废弃）：采用所有权模式，对于特定的对象，只能有一个智能指针可拥有它，这样只有拥有对象的智能指针的析构函数会删除该对象。然后，让赋值操作转让所有权。

unique_ptr（替代 auto_ptr）：也是采用所有权模式，实现独占式拥有或严格拥有概念，保证同一时间内只有一个智能指针可以指向该对象。

shared_ptr：采用引用计数实现共享式拥有概念。多个智能指针可以指向相同对象，该对象和其相关资源会在最后一个引用被销毁时候释放。它使用引用计数来表明资源被几个指针共享。例如，赋值时，计数将加 1，而指针过期时，计数将减 1。仅当最后一个指针过期时，才调用 delete。

weak_ptr：该类型指针通常不单独使用（没有实际用处），只能和 shared_ptr 类型指针搭配使用。weak_ptr 类型指针并不会影响所指堆内存空间的引用计数，可以用来解决循环引用问题。

3.2 使用场景

如果在程序中使用new 从堆（自由存储区）分配内存，等到不再需要时，应使用 delete 将其释放，如果忘记释放，则会产生内存泄露。C++ 引入了智能指针， 以帮助自动完成这个过程。智能指针是行为类似于指针的类对象。如果程序要使用多个指向同一个对象的指针，应该选择shared_ptr；如果程序不需要多个指向同一个对象的指针，则可以使用unique_ptr;如果使用new [] 分配内存，应该选择 unique_ptr;如果函数使用new 分配内存，并返回指向该内存的指针，将其返回类型声明为 unique_ptr 是不错的选择。