C++智能指针的使用

智能指针的使用和原理

智能指针的使用场景

1. 下面的程序中，new了以后，我们也delete了，但是因为抛异常导致后面的delete没有得到执行，所以就内存泄漏了，所以我们需要new以后捕获异常，捕获到异常后delete内存，再把异常抛出。
2.但是因为new本身也可能抛异常，连续的两个new和下面的Divide都可能会抛异常，让我们处理起来很麻烦。智能指针放到这样的场景里面就让问题简单多了。

double Divide(int a, int b)
{// 当b == 0时抛出异常if (b == 0){throw "Divide by zero condition!";}else{return (double)a / (double)b;}
}void Func()
{// 这⾥可以看到如果发⽣除0错误抛出异常，另外下⾯的array和array2没有得到释放。// 所以这⾥捕获异常后并不处理异常，异常还是交给外⾯处理，这⾥捕获了再重新抛出去。// 但是如果array2new的时候抛异常呢，就还需要套⼀层捕获释放逻辑，这⾥更好解决⽅案// 是智能指针，否则代码太戳了int* array1 = new int[10];int* array2 = new int[10];// 抛异常呢// 连续的两个new// 如果第一个new抛异常可以捕获// 如果第二个new抛异常，可以解决delete第二个new// 但是第一个new没有被delete// 这样就需要再第二个new的地方捕获异常,delete第一个new// 如果有很多个new呢,就太麻烦了,这里就需要智能指针了try{int len, time;cin >> len >> time;cout << Divide(len, time) << endl;}catch (...){cout << "delete []" << array1 << endl;cout << "delete []" << array2 << endl;delete[] array1;delete[] array2;throw; // 异常重新抛出，捕获到什么抛出什么}// ...cout << "delete []" << array1 << endl;delete[] array1;cout << "delete []" << array2 << endl;delete[] array2;
}int main()
{try{Func();}catch (const char* errmsg){cout << errmsg << endl;}catch (const exception& e){cout << e.what() << endl;}catch (...){cout << "未知异常" << endl;}return 0;
}

RAII和智能指针

1. RAII是获取到资源立即初始化，它是一种管理资源的类的设计思想，本质是一种利用对象生命周期来管理获取到的动态资源，避免资源泄漏，这里的资源可以是内存、文件指针、网络连接、互斥锁等等。RAII在获取资源时把资源委托给一个对象，接着控制对资源的访问，资源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，这样保障了资源的正常释放，避免资源泄漏问题。
2. RAII像指针一样

在对象销毁后会正常的释放资源

template<class T>
class SmartPtr
{
public:// RAIISmartPtr(T* ptr):_ptr(ptr){}~SmartPtr(){cout << "delete[] " << _ptr << endl;delete[] _ptr;}private:T* _ptr;
};double Divide(int a, int b)
{// 当b == 0时抛出异常if (b == 0){throw "Divide by zero condition!";}else{return (double)a / (double)b;}
}void Func()
{// 这⾥可以看到如果发⽣除0错误抛出异常，另外下⾯的array和array2没有得到释放。// 所以这⾥捕获异常后并不处理异常，异常还是交给外⾯处理，这⾥捕获了再重新抛出去。// 但是如果array2new的时候抛异常呢，就还需要套⼀层捕获释放逻辑，这⾥更好解决⽅案// 是智能指针，否则代码太戳了SmartPtr<int> p1 = new int[10];SmartPtr<int> p2 = new int[10];// 抛异常呢SmartPtr<int> p3 = new int[10];int len, time;cin >> len >> time;cout << Divide(len, time) << endl;
}int main()
{try{Func();}catch (const char* errmsg){cout << errmsg << endl;}catch (const exception& e){cout << e.what() << endl;}catch (...){cout << "未知异常" << endl;}return 0;
}

2. 智能指针类除了满足RAII的设计思路，还要方便资源的访问，所以智能指针类还像迭代器类一样
   重载 operator*/operator->/operator[] 等运算符，方便访问资源。

template<class T>
class SmartPtr
{
public:// RAIISmartPtr(T* ptr):_ptr(ptr){}~SmartPtr(){cout << "delete[] " << _ptr << endl;delete[] _ptr;}// 重载运算符，模拟指针的⾏为，⽅便访问资源T& operator*(){return *_ptr;}T* operator->(){return _ptr;}T& operator[](size_t i){return _ptr[i];}private:T* _ptr;
};void Func()
{p1[1] = 50;p4->first = 1;p4->second = 2;cout << p1[1] << endl;
}

C++标准库智能指针的使用

浅拷贝的问题，共同管理同一块资源，而深拷贝是两个指针管理不同的资源了，现在要求两个指针管理同一块资源？

int main()
{// 需要p1和p2同时管理同一块资源，浅拷贝// 析构多次的问题如何解决?SmartPtr<int> p1 = new int[10];SmartPtr<int> p2(p1);return 0;
}

1.C++标准库中的智能指针都在< memory >这个头文件下，智能指针有好几种，除了weak_ptr他们都符合RAII和像指针一样访问的行为，原理上而言主要是解决智能指针拷贝时的思路不同。
2. C++98的智能指针
1、auto_ptr是C++98时设计出来的智能指针，它的特点是拷贝时把被拷贝对象的资源的管理权转移给拷贝对象，这是⼀个非常糟糕的设计，因为他会把被拷贝对象悬空（相当于被拷贝对象是空指针了），访问报错的问题，C++11设计出新的智能指针后，强烈建议不要使用auto_ptr

struct Date
{int _year;int _month;int _day;Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1):_year(year), _month(month), _day(day){}// 本身不需要析构,为了验证auto_ptr是否可以解决析构两次的问题~Date(){cout << "~Date()" << endl;}
};int main()
{// 拷⻉时，管理权限转移，被拷⻉对象ap1悬空auto_ptr<Date> ap1(new Date);auto_ptr<Date> ap2(ap1);// 空指针访问，ap1对象已经悬空// ap1->_year++;return 0;
}

C++11的智能指针
2、unique_ptr是唯一指针，他的特点是不支持拷贝，只支持移动。如果不需要拷贝的场景就非常建议使用它。把拷贝构造和拷贝赋值给（封）delete了

int main()
{unique_ptr<Date> up1(new Date);不支持拷贝// unique_ptr<Date> up2(up1);支持移动,移动后up1也悬空了unique_ptr<Date> up3(move(up1));return 0;
}

3、shared_ptr共享指针，他的特点是支持拷贝，也支持移动。如果需要拷贝的场景就需要使用他了。底层是用引用计数的方式实现的。

int main()
{shared_ptr<Date> p1(new Date);shared_ptr<Date> p2(p1);shared_ptr<Date> p3(p1);cout << p1.use_count() << endl;// 3p1->_day++;cout << p1->_day << endl; // 2cout << p2->_day << endl; // 2cout << p3->_day << endl; // 2return 0;
}

4、weak_ptr弱（辅助解决shared_ptr的一个问题）指针，它不同于上面的指针，它不支持RAII，也就意味着不能用它直接管理资源，weak_ptr的产生本质是要解决shared_ptr的一个循环引用导致内存泄漏的问题。