【面试八股总结】C++11新特性：智能指针

参考资料 ：阿秀、代码随想录

        智能指针是一个类，用于存储指向动态分配对象的指针，负责自动释放动态分配的对象，防止堆内存泄露。动态分配的资源，交给一个类对象去管理，当类对象声明周期结束时，自动调用析构函数释放资源。

        C++11提供了两种智能指针，两种智能指针的区别在于管理底层指针的方式：shared_ptr允许多个指针指向同一个对象；unique_ptr则“独占”所指向的对象。标准库还定义了一个名为weak_ptr的伴随类，是一种弱引用，指向shared_ptr所管理的对象。

一、 shared_ptr

        采⽤引用计数器的方法，允许多个智能指针指向同⼀个对象，每当多⼀个指针指向该对象时，指向该对象的所有智能指针内部的引用计数加1，每当减少⼀个智能指针指向对象时，引用计数会减1，当计数为0的时候会自动的释放动态分配的资源。

1. 使用方法

• 创建智能指针，需要给出指针可以指向的类型

// 创建智能指针
shared_ptr<string> p1;       // 指向string
shared_ptr<list<int>> p2;    // 指向int的list

•  分配和使用动态内存 make_shared<T>(args)

shared_ptr<string> p3 = make_shared<string>(10,'9');    // 指向一个值为“9999999999”的字符串

2. 线程安全问题

（1）同⼀个shared_ptr被多个线程“读”是安全的;

（2）同⼀个shared_ptr被多个线程“写”是不安全的;

（3）共享引用计数的不同的shared_ptr被多个线程”写“ 是安全的。

二、 unique_ptr

        采用独享所有权语义，⼀个非空的unique_ptr总是拥有它所指向的资源。转移⼀个unique_ptr将会把所有权全部从源指针转移给目标指针，源指针被置空；所以unique_ptr不支持普通拷贝和赋值操作，不能用在 STL标准容器中；局部变量的返回值除外（因为编译器知道要返回的对象将要被销毁）；如果你拷贝⼀个unique_ptr，那么拷贝结束后，这两个unique_ptr都会指向相同的资源，造成在结束时对同⼀内存指针多次释放而导致程序崩溃。

1. 创建unique_ptr

        定义unique_ptr时，需要将其绑定到一个new返回的指针上，初始化unique_ptr必须采用直接初始化形式。

unique_ptr<string> p1;           
unique_ptr<int> p2(new int(42)); // p2指向一个值为42的int

2. realese/reset

        虽然不能够拷贝或赋值unique_ptr，但是可以通过调用release和reset将指针的所有权从一个（非const）unique_ptr转移给另一个unique；

unique_ptr<string> p2(p1.release());    // release将p1置空unique_ptr<string> p3(new string("Chesnut"));  
// 将所有权从p3转移给p2
p2.reset(p3.release());    // reset释放p2原本指向空间

3. 传递unique_ptr参数和返回unique_ptr

        不能拷贝unique_ptr的规则有一个例外： 可以拷贝或赋值一个将要被销毁的unique_ptr。最常见的例子就是从函数返回一个unique_ptr。

unique_ptr<int> clone(int p){return unique_ptr<int>(new int(p));
}

三、 weak_ptr 弱引用

        引用计数有⼀个问题就是互相引⽤形成环（环形引用），这样两个指针指向的内存都无法释 放，需要使用weak_ptr打破环形引用。

        weak_ptr是⼀个弱引用，它是为了配合shared_ptr而引⼊的⼀种智能指针，它指向⼀个由shared_ptr管理的对象而不影响所指对象的生命周期，也就是说，它只引用，不计数。如果⼀块 内存被shared_ptr和weak_ptr同时引⽤，当所有shared_ptr析构了之后，不管还有没有weak_ptr引⽤该内存，内存也会被释放。所以weak_ptr不保证它指向的内存⼀定是有效的，在使用之前使⽤函数lock()检查weak_ptr是否为空指针。