C++ 智能指针的使用

智能指针类型

在C++程序中，普通变量使用栈内存，为函数运行时专用，结束后会自动释放，无须考虑内存释放问题。 但堆内存是共用的，其使用是通过指针变量的new来分配，使用delete来释放，因指针使用方便，很容易让程序员上瘾，其代价是各种原因造成的内存泄露问题，如：

• 忘记使用delete释放指针变量
• 指针数组，没有释放成员指针的内存
• 指针指向一个新地址，原地址内容未释放
• 异常处理程序，跳过了 delete 语句，致使指针未释放

等等，对服务器应用程序来说，内存泄露常常是致命的。

C++11后，STL增加了智能指针类型，主要有

• std::shared_ptr,
• std::weak_ptr
• std::unique_ptr

智能指针是指针上的包装类，重载了*和>等运算符。智能指针类的对象看起来像普通指针。但是，与普通指针不同，在析构函数里释放了指针，因此无须担心忘记释放指针。

unique_ptr用法

unique_ptr是智能指针最简单形式。 unique_ptr指向1个内存对象，而且是指向这个对象的唯一指针，这样可以避免出错。 但尽量不要将unique_ptr做为参数传给第3方接口函数，以避免对方以复制指针的方式来使用它。

使用语法

#include <memory>
using namespace std;unique_ptr<A>  ptr(new A(初始化参数));
// 或者使用make_unique<T>() 模板函数来初始化unique_ptr
unique_ptr<A> ptr = make_unique<A>(初始化参数); 

如定义1个int 类型的unique_ptr

	int a = 99; unique_ptr<int>  ptr = make_unique<int>(a);// std::unique_ptr x(new int(99)); // *ptr为指向对象的值，ptr.get()为对象地址cout << *ptr << ", " << ptr.get() << endl; 

手工释放

ptr.reset(); 
ptr.reset(new int(1));     //      释放后，重新指向新地址

指向数组

unique_ptr<int[]>  x(new int[5]);    
x[0]=10;
x[1]=11; 

用途：代替普通指针，以避免忘记释放

void NotLeaky() { 
std::unique_ptr x(new int(5)); 
... // lots of code
} 

unique_ptr指向的对象A，只能被1个指针使用

    unique_ptr<A> p1(new A); p1->printA();   //下面语句会报错unique_ptr<A> p2 = p1; p2->printA(); 

允许复制指针，但复制后原指针被释放

   unique_ptr<A> p2 = move(p1); p2->printA();   //  p2已将p1复制p1->printA();   // 报错，p1 已被释放。

定义1个指向类对象的unique_ptr

class Character {
public:string Name;Character(string name = "Frodo") : Name(name){cout << "Greeting: " << Name << endl; }~Character() {cout << "Deleting " << Name << endl; }void printName() { cout << "Name: " << Name << endl; }
};int main() {
unique_ptr<Character> GandalPtr = make_unique<Character>("Gandal"); 
GandalPtr->printName(); 
cout << GandalPtr.get() << endl;
return 0;
}

shared_ptr用法

Shared_ptr 指的是，允许多个ptr指向同1块内存，增加了1个reference 计数器

• 当1个新指针指向该内存，reference计数器加1
• 当1个指向从该内存移走后，reference 计数器减1
• 计数器为0时，则释放内存对象。
  shared_ptr 适用于给函数传值，类对象引用等各类场景。
  

创建shared_ptr 指针

std::shared_ptr<int> p1;               //不传入任何实参
std::shared_ptr<int> p2(nullptr);    //传入空指针 nullptr
std::shared_ptr<int> p3(new int(10)); 

C++11 标准中还提供了 std::make_shared 模板函数，其可以用于初始化 shared_ptr 智能指针，例如：

// 指向int 数据
std::shared_ptr<int> p3 = std::make_shared<int>(10);
// 指向类对象
shared_ptr<Rectangle> p1(new Rectangle(10, 5));
p1->getArea()  //访问成员
//调用拷贝构造函数复制指针
std::shared_ptr<int> p2(p1); 
//或者 std::shared_ptr<int> p2 = p1;

用法示例

#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;int main()
{//构建 2 个智能指针std::shared_ptr<int> p1(new int(10));std::shared_ptr<int> p2(p1);//输出 p2 指向的数据cout << *p2 << endl;p1.reset();//引用计数减 1,p1为空指针if (p1) {cout << "p1 不为空" << endl;}else {cout << "p1 为空" << endl;}//以上操作，并不会影响 p2cout << *p2 << endl;//判断当前和 p2 同指向的智能指针有多少个cout << p2.use_count() << endl;return 0;
}

程序执行结果为：

10
p1 为空
10
1

weak_ptr 指针用法

weak_ptr不能单独使用，只能和 shared_ptr 类型指针搭配使用，区别是其内部无对象引用计数器。

使用方式：
(1) 先创建一个空 weak_ptr 指针，例如：
std::weak_ptr wp1;

将其指向 shared_ptr 指针变量，即与shared_ptr指向同1个内存对象

std::shared_ptr<int> sp (new int);
std::weak_ptr<int> wp3 (sp);

wp3与sp指向相同的内存区，由于 weak_ptr没有重载* 与->操作符，因此不能直接访问对象成员与方法。weak_ptr不会引起对象引用计数器的变化，如下

std::shared_ptr<int> sp1(new int(10));
std::shared_ptr<int> sp2(sp1);
std::weak_ptr<int> wp(sp2);
//输出和 wp 同指向的 shared_ptr 类型指针的数量cout << wp.use_count() << endl;

如果要访问weak_ptr指向对象的成员或方法，需要借助 lock() 函数，返回一个和 weak_ptr 同指向的 shared_ptr 类型的指针，通过其来访问对象成员。

//访问对象的getArea()方法
cout << wp.lock()->getArea() << endl;
// 或者采用下面的方式，更安全。
auto sp = wp.lock() ;  
if (sp) {sp->getArea(); 
}

总结

为了避免C++程序产生内存泄露的风险，应该掌握 unique_ptr, shared_ptr, weak_ptr 3种智能指针类型的使用方式与应用场景，通过智能指针的特性来实现内存自动释放与回收。