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从C语言到C++_36(智能指针RAII)auto_ptr+unique_ptr+shared_ptr+weak_ptr

news 2025/7/7 3:49:17

1. 智能指针的引入_内存泄漏

1.1 内存泄漏

1.2 如何避免内存泄漏

2. RAII思想

2.1 RAII解决异常安全问题

2.2 智能指针原理

3. auto_ptr

3.1 auto_ptr模拟代码

4. unique_ptr

4.1 unique_ptr模拟代码

5. shared_ptr

5.1 shared_ptr模拟代码

5.2 循环引用

6. weak_ptr

6.1 weak_ptr模拟代码

7. 定制删除器（了解）

8. 完整代码

9. 笔试面试题

9.1 智能指针的发展历史

9.2 笔试选择题：

9.3 选择题答案及解析

本篇完。

1. 智能指针的引入_内存泄漏

为什么需要智能指针？上一篇：

1.1 内存泄漏

上面是异常安全导致的内存泄漏问题，开空间没有释放也可能导致内存泄漏。

什么是内存泄漏？：

内存泄漏指因为疏忽或错误（逻辑错误）造成程序未能释放已经不再使用的内存的情况。内存泄漏并不是指内存在物理上的消失，而是应用程序分配某段内存后，因为设计错误，失去了对该段内存的控制（指针丢了），因而造成了内存的浪费。内存泄漏的危害：长期运行的程序出现内存泄漏，影响很大，如操作系统、后台服务等等，出现内存泄漏会导致响应越来越慢，最终卡死。

void MemoryLeaks()
{int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int)); // 1.内存申请了忘记释放int* p2 = new int;int* p3 = new int[10]; // 2.异常安全问题Func(); // 这里如果Func函数抛异常n，会导致 delete[] p3未执行，p3没被释放.delete[] p3;
}

内存泄漏分类（了解）：
C/C++程序中一般我们关心两种方面的内存泄漏：
堆内存泄漏(Heap leak)：
堆内存指的是程序执行中依据须要分配通过malloc / calloc / realloc / new等从堆中分配的一
块内存，用完后必须通过调用相应的 free或者delete 删掉。假设程序的设计错误导致这部分
内存没有被释放，那么以后这部分空间将无法再被使用，就会产生Heap Leak。
系统资源泄漏：
指程序使用系统分配的资源，比方套接字、文件描述符、管道等没有使用对应的函数释放
掉，导致系统资源的浪费，严重可导致系统效能减少，系统执行不稳定。

1.2 如何避免内存泄漏

1. 工程前期良好的设计规范，养成良好的编码规范，申请的内存空间记着匹配的去释放。ps：这个理想状态。但是如果碰上异常时，就算注意释放了，还是可能会出问题。需要下一条智能指针来管理才有保证。
2. 采用RAII思想或者智能指针来管理资源。
3. 有些公司内部规范使用内部实现的私有内存管理库。这套库自带内存泄漏检测的功能选项。
4. 出问题了使用内存泄漏工具检测。ps：不过很多工具都不够靠谱，或者收费昂贵。
总结 :内存泄漏非常常见，解决方案分为两种：

1、事前预防型。如智能指针等。2、事后查错型。如泄漏检测工具。

2. RAII思想

RAII：是英文Resource Acquisition Is Initialization(资源请求即初始化)的首字母，是一种利用对象生命周期来控制程序资源的简单技术。
这些资源可以是内存，文件句柄，网络连接，互斥量等等。

在对象构造时获取资源，接着控制对资源的访问使之在对象的生命周期内始终保持有效，最后在对象析构的时候释放资源。借此，我们实际上把管理一份资源的责任托管给了一个对象。这种做法有两大好处：
① 不需要显式地释放资源。
② 采用这种方式，对象所需的资源在其生命期内始终保持有效

2.1 RAII解决异常安全问题

利用RAII思想设计delete资源的类：

#include <iostream>
using namespace std;
double Division(int a, int b)
{if (b == 0){throw "Divide by Zero Error";}else{return ((double)a / (double)b);}
}
// 利用RAII思想设计delete资源的类
template<class T>
class SmartPtr
{
public:SmartPtr(T* ptr):_ptr(ptr){}~SmartPtr(){cout << "delete: " << _ptr << endl;delete _ptr;}
protected:T* _ptr;
};void Func()
{//1、如果p1这里new 抛异常会如何？//2、如果p2这里new 抛异常会如何？//3、如果div调用这里又会抛异常会如何？//int* p1 = new int;//int* p2 = new int;//cout << Division() << endl;//delete p1;//delete p2;//cout << "释放资源" << endl; SmartPtr<int> sp1(new int);SmartPtr<int> sp2(new int);cout << Division(3, 0) << endl;
}int main()
{try{Func();}catch (const char* errmsg){cout << errmsg << endl;}catch (...){cout << "unknown exception" << endl;}cout << "return 0;" << endl;return 0;
}

运行：

把 Division(3, 0) 改为 Division(3, 1)：

2.2 智能指针原理

上述的SmartPtr还不能将其称为智能指针，因为它还不具有指针的行为。指针可以解引用，也可以通过->去访问所指空间中的内容，因此：AutoPtr模板类中还得需要将* 、->重载下，才可让其像指针一样去使用。

// 1、利用RAII思想设计delete资源的类
// 2、重载operator*和opertaor->，具有像指针一样的行为。
// 3、浅拷贝问题（析构两次，下面讲
template<class T>
class SmartPtr
{
public:SmartPtr(T* ptr):_ptr(ptr){}~SmartPtr(){cout << "delete: " << _ptr << endl;delete _ptr;}T& operator*(){return *_ptr;}T* operator->(){return _ptr;}
protected:T* _ptr;
};

所谓RAII，就是将资源的生命周期和对象的生命周期绑定。从构造函数开始，到析构函数结束。智能指针就是使用了RAII技术，并且利用对象生命周期结束时，编译器会自动调用对象的析构函数来释放资源。智能指针的智能就在于资源会被自动释放，不需要显式地释放资源。采用智能指针，对象所需的资源在其生命周期内始终保持有效。

总结智能指针的原理：

1、利用RAII思想设计delete资源的类

2、重载operator*和opertaor->，具有像指针一样的行为。

3、拷贝问题（不同的智能指针的解决方式不一样）

3. auto_ptr

C++98就已经提供了这样的一个智能指针：（注意到上面写着deprecated不推荐使用了）

让上面写的SmartPtr使用编译器自动生成的拷贝构造函数：

#include <iostream>
using namespace std;
// 1、利用RAII思想设计delete资源的类
// 2、重载operator*和opertaor->，具有像指针一样的行为。
// 3、浅拷贝问题
template<class T>
class SmartPtr
{
public:SmartPtr(T* ptr):_ptr(ptr){}~SmartPtr(){cout << "delete: " << _ptr << endl;delete _ptr;}T& operator*(){return *_ptr;}T* operator->(){return _ptr;}
protected:T* _ptr;
};int main()
{SmartPtr<int> sp1(new int);SmartPtr<int> sp2(sp1);return 0;
}

上面代码在运行时报错。

智能指针ap2拷贝复制了ap1，此时ap1和ap2都指向同一块动态内存空间。
当程序执行结束以后，ap1对象和ap2对象都会销毁，并且会执行各自的析构函数，所以那份动态空间就会被释放两次，所以报错了。怎么解决？：
显式定义一个拷贝构造函数，不能让两个智能指针指向同一份动态内存空间。（但是这样没有很好的解决问题，auto_ptr就是这样设计的）

//auto_ptr
#include <iostream>
using namespace std;
// 1、利用RAII思想设计delete资源的类
// 2、重载operator*和opertaor->，具有像指针一样的行为。
// 3、浅拷贝问题
template<class T>
class SmartPtr
{
public:SmartPtr(T* ptr):_ptr(ptr){}~SmartPtr(){cout << "delete: " << _ptr << endl;delete _ptr;}SmartPtr(SmartPtr<T>& ptr):_ptr(ptr._ptr){ptr._ptr = nullptr;}T& operator*(){return *_ptr;}T* operator->(){return _ptr;}
protected:T* _ptr;
};int main()
{SmartPtr<int> sp1(new int);SmartPtr<int> sp2(sp1);return 0;
}

增加一个名字叫A的类重复上面操作：

class A
{
public:~A(){cout << "~A()" << endl;}
protected:int _a1 = 0;int _a2 = 0;
};int main()
{SmartPtr<A> sp1(new A);SmartPtr<A> sp2(sp1);return 0;
}

使用一下库里的auto_ptr试一下：

class A
{
public:~A(){cout << "~A()" << endl;}
protected:int _a1 = 0;int _a2 = 0;
};int main()
{//SmartPtr<A> sp1(new A);//SmartPtr<A> sp2(sp1);auto_ptr<A> sp1(new A);auto_ptr<A> sp2(sp1);return 0;
}

和显式定义一个拷贝构造函数的效果一样。

auto_ptr到这种情况就崩了：

class A
{
public:~A(){cout << "~A()" << endl;}
//protected:int _a1 = 0;int _a2 = 0;
};int main()
{//SmartPtr<A> sp1(new A);//SmartPtr<A> sp2(sp1);auto_ptr<A> sp1(new A);auto_ptr<A> sp2(sp1);sp1->_a1++;sp1->_a2++;return 0;
}

3.1 auto_ptr模拟代码

（上面SmartPtr再加一个赋值重载改下名字就差不多是auto_ptr的模拟了，再用命名空间封一下）

赋值重载细节还挺多的，前面学的赋值重载都类似拷贝构造，可以不看先写写，这里直接放代码：

#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;
//1、RAII
//2、像指针一样
//3、解决拷贝问题（不同的智能指针的解决方式不一样）namespace rtx
{template<class T>class auto_ptr{public:auto_ptr(T* ptr):_ptr(ptr){}~auto_ptr(){cout << "~auto_ptr -> delete: " << _ptr << endl;delete _ptr;}auto_ptr(auto_ptr<T>& ptr):_ptr(ptr._ptr){ptr._ptr = nullptr;}auto_ptr<T>& operator=(auto_ptr<T>& ap){if (this != &ap) // 防止自己赋值给自己{if (_ptr) // 防止释放空，delete空也行{cout << "operator= -> Delete:" << _ptr << endl;delete _ptr;}_ptr = ap._ptr;ap._ptr = nullptr;}return *this;}T& operator*(){return *_ptr;}T* operator->(){return _ptr;}protected:T* _ptr;};
}class A
{
public:~A(){cout << "~A()" << endl;}
//protected:int _a1 = 0;int _a2 = 0;
};int main()
{//SmartPtr<A> sp1(new A);//SmartPtr<A> sp2(sp1);rtx::auto_ptr<A> sp1(new A);rtx::auto_ptr<A> sp2(sp1);rtx::auto_ptr<A> sp3 = sp2;return 0;
}

可以把命名空间切换到std比较一下，auto_ptr使用的是管理权转移的办法，会导致被拷贝对象悬空，是不负责的拷贝，对于不清楚auto_ptr这个特点的人来说，拷贝后再次使用ap1就会出问题。

auto_ptr是C++98一个失败的设计，被挂在了耻辱柱上，很多公司明确要求不能使用auto_ptr。

C++98到C++11期间人们被迫用C++更新探索的库：boost库里的一些智能指针，到了C++11，

终于更新了三个智能指针：unique_prt，shared_ptr，wead_ptr，相当于抄boost库的作业了。

下面我们介绍以及模拟实现这几个智能指针，当然，还有很多接口在模拟代码里没有实现。

4. unique_ptr

在C++11中更加靠谱的unique_ptr智能指针：

unique_ptr直接禁止使用拷贝构造函数，即使编译器也不能生成默认的拷贝构造函数，因为使用了delete关键字。

unique_ptr采用的策略就是，既然拷贝有问题，那么就直接禁止拷贝，这确实解决了悬空等问题，使得unique_ptr是一个独一无二的智能指针。

（写到这发现忘记创建新项目了，这里创建一个Test.cpp和SmartPtr.hpp（.h+.cpp，直接.h也行，都可以把函数的实现在里面实现。声明和定义分离只是为了保护源码）

4.1 unique_ptr模拟代码

直接复制一份auto_ptr代码过来，用delete关键字禁言拷贝构造和赋值重载就行了：

	template<class T>class unique_ptr{public:unique_ptr(T* ptr):_ptr(ptr){}~unique_ptr(){cout << "~unique_ptr -> delete: " << _ptr << endl;delete _ptr;}unique_ptr(unique_ptr<T>& ptr) = delete;unique_ptr<T>& operator=(unique_ptr<T>& ap) = delete;T& operator*(){return *_ptr;}T* operator->(){return _ptr;}protected:T* _ptr;};

关于delete关键字（在5.2）：从C语言到C++_33(C++11_上)initializer_list+右值引用+完美转发+移动构造/赋值_GR_C的博客-CSDN博客

5. shared_ptr

unique_ptr禁掉了拷贝，但是如果就想拷贝智能指针呢？这就要用到shared_ptr了：

shared_ptr采用了引用计数的方法来解决拷贝问题：

（引用计数直接在成员变量加一个int Count可以吗？每一个对象都有一个自己的Count显然是不对的，我们应该让拷贝和被拷贝对象管理同一个Count。那么使用静态成员变量可以吗？这也不可以，因为这样所有的对象都管理的是同一个Count了，包括没有拷贝的对象）

shared_ptr原理：

通过引用计数的方式来实现多个shared_ptr对象之间共享资源。例如：
老师晚上在下班之前都会通知，让最后走的学生记得把门锁下。
① shared_ptr内部，给每个资源都维护了一份计数，用来记录该份资源被几个对象共享。
② 在对象被销毁时(也就是析构函数调用)，说明自己不使用该资源了，对象引用计数减一。
③ 如果引用计数是0，就说明自己是最后一个使用该资源的对象，必须释放该资源。
④ 如果不是0，就说明除了自己还有其他对象在使用该份资源，不能释放该资源，否则其他对象就成野指针了。

shared_ptr增加了一个成员类似int* _pCount解决这个问题：

这样构造，拷贝构造和析构函数就是这样的：

构造先给 _pCount指向1，析构无论什么时候都减减，如果减减0就释放资源，拷贝构造就是把指针也给它，然后指针指向的内容加加。

OK，请你到这写一个赋值重载出来，手写或者敲都行（坏笑.jpg），这里直接放代码了：

5.1 shared_ptr模拟代码

	template<class T>class shared_ptr{public:shared_ptr(T* ptr = nullptr): _ptr(ptr), _pCount(new int(1)){}void Release(){if (--(*_pCount) == 0) // 防止产生内存泄漏,和析构一样,写成一个函数{delete _ptr;delete _pCount;}}~shared_ptr(){Release();}shared_ptr(const shared_ptr<T>& sp): _ptr(sp._ptr), _pCount(sp._pCount){(*_pCount)++;}shared_ptr<T>& operator=(const shared_ptr<T>& sp){//if (this != &sp)if (_ptr != sp._ptr) // 防止自己给自己赋值,注意不能比较this,类似s1 = s2; 再来一次s1 = s2;{                    // 比较_pCount也行//if (--(*_pCount) == 0) // 防止产生内存泄漏,和析构一样,写成一个函数//{//	delete _ptr;//	delete _pCount;//}Release();_ptr = sp._ptr;_pCount = sp._pCount;(*_pCount)++;}return *this;}T& operator*(){return *_ptr;}T* operator->(){return _ptr;}protected:T* _ptr;int* _pCount;// 引用计数,有多线程安全问题,学了linux再讲,不能用静态成员};

赋值重载需要注意细节的都在注释写了，可以自己画一个图看看。

5.2 循环引用

shared_ptr 完美了吗？并不是，它有一个死穴：循环引用。

创建一个链表节点，在该节点的析构函数中打印提示信息：

struct Node
{~Node(){cout << "~Node" << endl;}int _val;std::shared_ptr<Node> _next;std::shared_ptr<Node> _prev;
};

将n1和n2互相指向，形成循环引用：

（因为要给_next和_prev赋值，所以Node里也要用智能指针）

int main()
{std::shared_ptr<Node> n1(new Node);std::shared_ptr<Node> n2(new Node);n1->_next = n2;n2->_prev = n1;return 0;
}

执行该程序后，节点析构函数中的打印信息并没有打印，说明析构出了问题。

如果不形成循环引用就会打印提示信息：

可以调用shared_ptr里的use_count接口打印引用计数值：

n1和n2刚创建的时候，它两的引用计数值都是1。当两个节点循环引用后，它们的引用计数值都变成了2。

n2先析构，右边的引用计数变为1，n1再析构，左边的引用计数变为1，然后就没了。

左边结点的_next什么时候释放？-> 取决于左边的结点什么时候delete。

左边的结点什么时候delete？-> 取决于右边结点的_prev。

右边结点的_prev什么时候释放？-> 取决于右边的结点什么时候delete。

右边的结点什么时候delete？-> 取决于左边结点的_next。

左边结点的_next什么时候释放？ -> 回到一开始的问题，进入死循环。

在循环引用中，节点得不到真正的释放，就会造成内存泄漏。

循环引用的根本原因在于，next和prev也参与了资源的管理。

这个漏洞shared_ptr本身也解决不了，所以就增加了weak_ptr来解决这个问题。

解决办法就是让节点中的_next和_prev仅指向对方，

而不参与资源管理，也就是计数值不增加。

这里为了配合上面和给下面模拟weak_ptr演示给我们的shared_ptr加两个接口函数：

6. weak_ptr

weak_ptr是为解决循环引用问题而产生的，可以把weak_ptr当作shared_ptr的小跟班，weak_ptr主要用shared_ptr来构造，所以weak_ptr的拷贝构造以及赋值都不会让引用计数值加1，仅仅是指向资源。

把链表类里的指针换成weak_ptr解决循环引用问题：

6.1 weak_ptr模拟代码

weak_ptr中只有一个成员变量_ptr，用来指向动态内存空间，在默认构造函数中，仅仅指向动态内存空间。拷贝构造函数和赋值运算符重载函数中，拷贝和赋值的对象都是shared_ptr指针。
weak_ptr就是用来解决循环引用问题的，所以拷贝和赋值的智能指针必须是shared_ptr。

weak_ptr和shared_ptr并不是同一个类，所以获取shared_ptr中的_ptr时，不能直接访问，需要通过shared_ptr的接口get()来获取。

	template<class T> // 辅助型智能指针，配合解决shared_ptr循环引用问题class weak_ptr // 没有RAII,不管理资源{public:weak_ptr():_ptr(nullptr){}weak_ptr(const shared_ptr<T>& sp):_ptr(sp.get()){}weak_ptr(const weak_ptr<T>& wp):_ptr(wp._ptr){}weak_ptr<T>& operator=(const shared_ptr<T>& sp){_ptr = sp.get();return *this;}T& operator*(){return *_ptr;}T* operator->(){return _ptr;}protected:T* _ptr;};

换下命名空间：

效果一样。

7. 定制删除器（了解）

前面我们自己实现的所有智能指针中，在释放动态内存资源的时候，都只用了delete，也就是所有new出来的资源都是单个的：

如果是new int[10]，或者malloc(20)呢？当需要释放的资源是其他类型的呢？delete肯定就不能满足了，

对于不同类型的资源，需要定制删除器。

先来看库中是如何实现的，这里仅拿shared_ptr为例，unique_ptr也是一样的。

在构造智能指针的时候，可以传入定制的删除器。
可以采用仿函数的方式，lambda的方式，以及函数指针的方式，只要是可调用对象都可以。
此时的智能指针指向的是动态数组，我们传入的定制删除器也是释放数组的

#include "SmartPtr.hpp"
#include <memory>class A
{
public:~A(){cout << "~A()" << endl;}//protected:int _a1 = 0;int _a2 = 0;
};struct Node
{~Node(){cout << "~Node" << endl;}int _val;rtx::weak_ptr<Node> _next;rtx::weak_ptr<Node> _prev;
};template<class T>
struct DeleteArray
{void operator()(T* ptr){cout << "delete[]" << ptr << endl;delete[] ptr;}
};template<class T>
struct Free
{void operator()(T* ptr){cout << "free" << ptr << endl;free(ptr);}
};int main()
{// 仿函数对象std::shared_ptr<Node> n1(new Node);std::shared_ptr<Node> n2(new Node[5], DeleteArray<Node>());std::shared_ptr<int> n3(new int[7], DeleteArray<int>());std::shared_ptr<int> n4((int*)malloc(sizeof(12)), Free<int>());// lambdastd::shared_ptr<Node> n5(new Node);std::shared_ptr<Node> n6(new Node[5], [](Node* ptr) {delete[] ptr; });std::shared_ptr<int> n7(new int[7], [](int* ptr) {delete[] ptr; });std::shared_ptr<int> n8((int*)malloc(sizeof(12)), [](int* ptr) {free(ptr); });//std::shared_ptr<FILE> n9(fopen("test.txt", "w"), [](FILE* ptr) {fclose(ptr); }); //不安全了,但这样也行std::unique_ptr<Node, DeleteArray<Node>> up(new Node[5]); // unique_ptr只能这样传return 0;
}

下面我们类似库里unique_ptr的方法给我们的shared_ptr弄个类似的定制删除器：

给我们的shared_ptr配一个默认删除方式的仿函数，执行的是delete ptr。

在shared_ptr类模板的模板参数中增加一个定制删除器的模板参数，缺省值默认删除方式。

在释放资源的时候，在Release()中调用定制的删除器仿函数对象。

	template<class T>struct Delete{void operator()(T* ptr){cout << "delete:" << ptr << endl;delete ptr;}};template<class T, class D = Delete<T>>class shared_ptr{public:shared_ptr(T* ptr = nullptr): _ptr(ptr), _pCount(new int(1)){}void Release(){if (--(*_pCount) == 0) // 防止产生内存泄漏,和析构一样,写成一个函数{//delete _ptr;delete _pCount;//D del;//del(_ptr);D()(_ptr); // 对_ptr直接用匿名对象删掉}}~shared_ptr(){Release();}
...........................略

（下面放了这个程序运行的完整代码）

标准库中的shared_ptr，在使用定制删除器的时候，是在构造对象时传入函数对象来实现的。我们自己实现的shared_ptr，是在实例化时，传入仿函数类型实现的。

这是因为，C++11标准库实现的方式和我们不一样，它的更加复杂，专门封装了几个类管理引用计数以及定制删除器等内容。

8. 完整代码

SmartPtr.hpp：

#include <iostream>
using namespace std;
//1、RAII
//2、像指针一样
//3、解决拷贝问题（不同的智能指针的解决方式不一样）namespace rtx
{template<class T>class auto_ptr{public:auto_ptr(T* ptr):_ptr(ptr){}~auto_ptr(){cout << "~auto_ptr -> delete: " << _ptr << endl;delete _ptr;}auto_ptr(auto_ptr<T>& ptr):_ptr(ptr._ptr){ptr._ptr = nullptr;}auto_ptr<T>& operator=(auto_ptr<T>& ap){if (this != &ap) // 防止自己赋值给自己{if (_ptr) // 防止释放空，delete空也行{cout << "operator= -> Delete:" << _ptr << endl;delete _ptr;}_ptr = ap._ptr;ap._ptr = nullptr;}return *this;}T& operator*(){return *_ptr;}T* operator->(){return _ptr;}protected:T* _ptr;};template<class T>class unique_ptr{public:unique_ptr(T* ptr):_ptr(ptr){}~unique_ptr(){cout << "~unique_ptr -> delete: " << _ptr << endl;delete _ptr;}unique_ptr(unique_ptr<T>& ptr) = delete;unique_ptr<T>& operator=(unique_ptr<T>& ap) = delete;T& operator*(){return *_ptr;}T* operator->(){return _ptr;}protected:T* _ptr;};template<class T>struct Delete{void operator()(T* ptr){cout << "delete:" << ptr << endl;delete ptr;}};template<class T, class D = Delete<T>>class shared_ptr{public:shared_ptr(T* ptr = nullptr): _ptr(ptr), _pCount(new int(1)){}void Release(){if (--(*_pCount) == 0) // 防止产生内存泄漏,和析构一样,写成一个函数{//delete _ptr;delete _pCount;//D del;//del(_ptr);D()(_ptr); // 对_ptr直接用匿名对象删掉}}~shared_ptr(){Release();}shared_ptr(const shared_ptr<T>& sp): _ptr(sp._ptr), _pCount(sp._pCount){(*_pCount)++;}shared_ptr<T>& operator=(const shared_ptr<T>& sp){//if (this != &sp)if (_ptr != sp._ptr) // 防止自己给自己赋值,注意不能比较this,类似s1 = s2; 再来一次s1 = s2;{                    // 比较_pCount也行//if (--(*_pCount) == 0) // 防止产生内存泄漏,和析构一样,写成一个函数//{//	delete _ptr;//	delete _pCount;//}Release();_ptr = sp._ptr;_pCount = sp._pCount;(*_pCount)++;}return *this;}int use_count(){return *_pCount;}T* get() const{return _ptr;}T& operator*(){return *_ptr;}T* operator->(){return _ptr;}protected:T* _ptr;int* _pCount;// 引用计数,有多线程安全问题,学了linux再讲,不能用静态成员};template<class T> // 辅助型智能指针，配合解决shared_ptr循环引用问题class weak_ptr // 没有RAII,不管理资源{public:weak_ptr():_ptr(nullptr){}weak_ptr(const shared_ptr<T>& sp):_ptr(sp.get()){}weak_ptr(const weak_ptr<T>& wp):_ptr(wp._ptr){}weak_ptr<T>& operator=(const shared_ptr<T>& sp){_ptr = sp.get();return *this;}T& operator*(){return *_ptr;}T* operator->(){return _ptr;}protected:T* _ptr;};
}

Test.cpp：

#include "SmartPtr.hpp"
#include <memory>class A
{
public:~A(){cout << "~A()" << endl;}//protected:int _a1 = 0;int _a2 = 0;
};struct Node
{~Node(){cout << "~Node" << endl;}int _val;rtx::weak_ptr<Node> _next;rtx::weak_ptr<Node> _prev;
};template<class T>
struct DeleteArray
{void operator()(T* ptr){cout << "delete[]" << ptr << endl;delete[] ptr;}
};template<class T>
struct Free
{void operator()(T* ptr){cout << "free" << ptr << endl;free(ptr);}
};int main()
{仿函数对象//std::shared_ptr<Node> n1(new Node);//std::shared_ptr<Node> n2(new Node[5], DeleteArray<Node>());//std::shared_ptr<int> n3(new int[7], DeleteArray<int>());//std::shared_ptr<int> n4((int*)malloc(sizeof(12)), Free<int>());lambda//std::shared_ptr<Node> n5(new Node);//std::shared_ptr<Node> n6(new Node[5], [](Node* ptr) {delete[] ptr; });//std::shared_ptr<int> n7(new int[7], [](int* ptr) {delete[] ptr; });//std::shared_ptr<int> n8((int*)malloc(sizeof(12)), [](int* ptr) {free(ptr); });std::shared_ptr<FILE> n9(fopen("test.txt", "w"), [](FILE* ptr) {fclose(ptr); }); //不安全了,但这样也行//std::unique_ptr<Node, DeleteArray<Node>> up(new Node[5]); // unique_ptr只能类似这样传rtx::shared_ptr<Node> n1(new Node);rtx::shared_ptr<Node, DeleteArray<Node>> n2(new Node[5]);rtx::shared_ptr<int, DeleteArray<int>> n3(new int[5]);rtx::shared_ptr<int, Free<int>> n4((int*)malloc(sizeof(12)));return 0;
}

9. 笔试面试题

面试很大几率会让手撕一个指针指针，如果没有要求的话可以写一个uniqeu_ptr，别写auto_ptr就行，有要求的话就应该就是shared_ptr了，所以智能指针的模拟实现应该闭着眼都能手撕出来。

笔试面试常问问题：

上面的问题博客上面都讲了，总结下智能指针的发展历史：

9.1 智能指针的发展历史

C++98中的auto_ptr，存在非常大的缺陷，在拷贝构造或者赋值的时候，原本的auto_ptr会被置空，所以这个智能指针存在非常大的缺陷，很多地方都禁止使用。
C++11中的unique_ptr，禁止了拷贝和赋值，直接避免了auto_ptr可能存在的缺陷，是一个独一无二的智能指针，但是它不能拷贝和赋值。
C++11又提供了shared_ptr，通过引用计数的方式解决了不能拷贝和赋值的缺陷，并且通过互斥锁保证了shared_ptr本身的线程安全，但是它的死穴是循环引用。
C++11为了解决shared_ptr的循环引用问题，又提供了weak_ptr智能指针，通过仅指向不管理的方式解决了这个问题。
在使用的时候要根据具体情况选择合适的智能指针，切记最好不要使用auto_ptr。

C++委员会还发起了一个库，叫boost库，这个库可以理解为C++标准库的先行版，boost库中好用的东西会被C++标准库收录，标准库中的智能指针就是参照boost库中的智能指针再加以修改定义出来的。

C++11和boost中智能指针的关系

① C++ 98 中产生了第一个智能指针auto_ptr。

② C++ boost给出了更实用的scoped_ptr和shared_ptr和weak_ptr。

③ C++ TR1，引入了shared_ptr等。不过注意的是TR1并不是标准版。

④ C++ 11，引入了unique_ptr和shared_ptr和weak_ptr。需要注意的是unique_ptr对应boost 的scoped_ptr。并且这些智能指针的实现原理是参考boost中的实现的。

9.2 笔试选择题：

1. 以下那个误操作不属于资源泄漏（）

A.打开的文件忘记关闭

B.malloc申请的空间未通过free释放

C.栈上的对象没有通过delete销毁

D.内存泄漏属于资源泄漏的一种，但资源泄漏不仅仅是内存泄漏

2. 下面那个说法可以表示资源泄漏（）

A.从商店买东西

B.借钱不还

C.买房子交首付

D.办信用卡

3. 下面关于内存泄漏的说法正确的是（）

A.如果对程序影响不是很大的情况下，泄漏一两个字节不是很重要

B.内存没有释放时，进程在销毁的时候会统一回收，不用担心

C.内存泄漏不一定会对系统马上造成影响，可以不着急进行处理

D.写代码时要有良好的编码规范，万一发生内存泄漏要及时处理

4. 关于RAII下面说法错误的是（）

A.RAII的实现方式就是在构造函数中将资源初始化，在析构函数中将资源清理掉

B.RAII方式管理资源，可以有效避免资源泄漏问题

C.所有智能指针都借助RAII的思想管理资源

D.RAII方式管理锁，有些场景下可以有效避免死锁问题

5. 下面关于auto_ptr的说法错误的是（）

A.auto_ptr智能指针是在C++98版本中已经存在的

B.auto_ptr的多个对象之间，不能共享资源

C.auto_ptr的实现原理是资源的转移

D.auto_ptr完全可以正常使用

6. 下面关于unique_ptr说法错误的是（）

A.unique_ptr是C++11才正式提出的

B.unique_ptr可以管理一段连续空间

C.unique_ptr不能使用其拷贝构造函数

D.unique_ptr的对象之间不能相互赋值

7. 下面关于shared_ptr说法错误的是 ( )

A.shared_ptr是C++11才正式提出来的

B.shared_ptr对象之间可以共享资源

C.shared_ptr可以应用于任何场景

D.shared_ptr是借助引用计数的方式实现的

8. 下面关于weak_ptr的说法错误的是（）

A.weak_ptr与shread_ptr的实现方式类似，都是通过引用计数的方式实现的

B.weak_ptr的对象可以独立管理资源

C.weak_ptr的唯一作用就是解决shared_ptr中存在的循环引用问题

D.weak_ptr一般情况下都用不到

9.3 选择题答案及解析

1. C

A：属于，打开的文件用完时一定要关闭

B：属于，堆上申请的空间，需要用户显式的释放

C：不属于，栈上的对象不需要释放，函数结束时编译器会自动释放

D：正确，资源泄漏包含的比较广泛，比如文件未关闭、套接字为关闭等

2. B

从系统中动态申请的资源，一定要记着及时归还，否则别人可能就使用不了，或者申请失败。就像借钱一样

3. D

A：错误，一两个字节不处理时可能会因小失大，很多个两字节，就是很大的一块内存空间

B：错误，虽然进程退出时会回收，但是进程为退出时可能会影响程序性能甚至会导致崩溃

C：错误，只要发现了就要及时处理，否则，说不定什么时候程序就会崩溃

D：正确，内存泄漏最好不要发生，万一发生了一定要及时处理

4. C

C：错误，weak_ptr不能单独管理资源，必须配合shared_ptr一块使用，解决shared_ptr中存在的循环引用问题

5. D

A：正确

B：正确，因为auto_ptr采用资源管理权转移的方式实现的，比如：用ap1拷贝构造ap2时，ap1中的资源会转移给 ap2，而ap1与资源断开联系

C：正确

D：错误，可以使用，但是不建议用，因为有缺陷，标准委员会建议：什么情况下都不要使用auto_ptr

6. B

A：正确

B：错误，C++11中提供的智能指针都只能管理单个对象的资源，没有提供管理一段空间资源的智能指针

C：正确，因为unique_ptr中已经将拷贝构造函数和赋值运算符重载delete了

D：正确，原因同C

7. C

C：错误，有些场景下shared_ptr可能会造成循环引用，必须与weak_ptr配合使用

8. B

A：正确，weak_ptr和shared_ptr都是通过引用计数实现，但是在底层还是有区别的

B：错误，weak_ptr不能单独管理资源，因为其给出的最主要的原因是配合shared_ptr解决其循环引用问题

C：正确，处理解决shared_ptr的循环引用问题外，别无它用

D：正确

本篇完。

shared_ptr还有线程安全问题没办法讲，需要学完Linux多线程后再讲。C++一些关于Linux的内容更新到Linux多线程的内容后后再放出来，应该一两篇就够了。

继承和多态是C++第一重要的话，智能指针应该算是C++第二重要的部分了，后几篇算是C++收尾了。下一篇：特殊类设计和C++的类型转化。

1. 智能指针的引入_内存泄漏

1.1 内存泄漏

1.2 如何避免内存泄漏

2. RAII思想

2.1 RAII解决异常安全问题

2.2 智能指针原理

3. auto_ptr

3.1 auto_ptr模拟代码

4. unique_ptr

4.1 unique_ptr模拟代码

5. shared_ptr

5.1 shared_ptr模拟代码

5.2 循环引用

6. weak_ptr

6.1 weak_ptr模拟代码

7. 定制删除器（了解）

8. 完整代码

9. 笔试面试题

9.1 智能指针的发展历史

9.2 笔试选择题：

9.3 选择题答案及解析

本篇完。

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