[C++知识库]C++智能指针

智能指针

• C++ 四种智能指针，auto_ptr、shared_ptr、weak_ptr、unique_ptr，其中后面3个是 C++11 支持的，并且第一个以被弃用。

unique_ptr

• 用于取代 c++98 的auto_ptr，unique_ptr中的拷贝构造和赋值操作符delete了，所以也就意味着他和auto_ptr有区别，控制权唯一，不能随意变换，右值。
• 不支持赋值语义，只支持移动语义，无法进行普通赋值操作，但可以进行移动赋值操作，需 move() 显性进行。
• 当程序试图将一个 unique_ptr 赋值给另一个时，如果源 unique_ptr 是个临时右值，编译器允许这么做；如果源 unique_ptr 将存在一段时间，编译器将禁止这么做，比如：

  unique_ptr<string> pu1(new string ("hello world")); 
  unique_ptr<string> pu2; 
  pu2 = pu1;                      // #1 不允许
  unique_ptr<string> pu3; 
  pu3 = unique_ptr<string>(new string ("xiaoming"));   // #2 允许
  

• 注：如果确实想执行类似与 #1 的操作，要安全的重用这种指针，可给它赋新值。C++有一个标准库函数std::move()，让你能够将一个unique_ptr赋给另一个。尽管转移所有权后 还是有可能出现原有指针调用（调用就崩溃）的情况。但是这个语法能强调你是在转移所有权，让你清晰的知道自己在做什么，从而不乱调用原有指针。

shared_ptr

• shared_ptr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。
  • 从名字share就可以看出了资源可以被多个指针共享，它使用计数机制来表明资源被几个指针共享。可以通过成员函数use_count()来查看资源的所有者个数。
  • 除了可以通过new来构造，还可以通过传入auto_ptr, unique_ptr,weak_ptr来构造。
  • 当我们调用release()时，当前指针会释放资源所有权，计数减一。当计数等于0时，资源会被释放。
• 它允许共享资源，使用计数器记录资源被 n 个指针共享。
• shared_ptr基于“引用计数”模型实现，多个shared_ptr可指向同一个动态对象，并维护了一个共享的引用计数器，记录了引用同一对象的shared_ptr实例的数量。当最后一个指向动态对象的shared_ptr销毁时，会自动销毁其所指对象(通过delete操作符)。
• shared_ptr的默认能力是管理动态内存，但支持自定义的Deleter以实现个性化的资源释放动作。
• shared_ptr 的线程安全问题：
  • 同一个shared_ptr被多个线程读，是线程安全。
  • 同一个shared_ptr被多个线程写，不是线程安全的。
  • 共享引用计数的不同的shared_ptr被多个线程写，是线程安全的。
    对于第三点,我们一般采用：
    对于线程中传入的外部shared_ptr对象，在线程内部进行一次新的构造，例如： sharedptr AObjTmp = outerSharedptrObj;

weak_ptr

• weak_ptr用于解决“引用计数”模型循环依赖问题，weak_ptr指向一个对象，并不增减该对象的引用计数器。
• weak_ptr 用于解决 shared_ptr 相互引用时的死锁问题，如果说 shared_ptr 相互引用，计数器永远不会是0，资源不被释放，weak_ptr 是对象的弱引用，不会增加对象的引用次数，和 shared_ptr 相互转化，shared_ptr可直接赋值，他可以通过lock() 函数获得 shared_ptr。
• weak_ptr指向shared_ptr指针指向的对象的内存，却并不拥有该内存。 但是，使用weak_ptr成员lock，则可返回其指向内存的一个shared_ptr对象，且在所指对象内存已经无效时，返回指针空值（nullptr）。
• 由于weak_ptr是指向shared_ptr所指向的内存的，所以，weak_ptr并不能独立存在。

案例

#include <iostream>
#include <memory>

void Check(const weak_ptr<int> &wp)
{
    shared_ptr<int> sp = wp.lock(); // 重新获得shared_ptr对象
    if (sp != nullptr) {
        cout << "The value is " << *sp << endl;
    } else {
        cout << "Pointer is invalid." << endl;
    }
}

int main() {

	shared_ptr<int> sp1(new int(10));
	shared_ptr<int> sp2 = sp1;	// 赋值
	weak_ptr<int> wp = sp1; // 指向sp1所指向的内存
	cout << *sp1 << endl;  // output: 10
	cout << *sp2 << endl;  // output: 10
	Check(wp);  // The value is 10
	sp1.reset();
	cout << *sp2 << endl;  // output: 10
	Check(wp);  // The value is 10
	sp2.reset();
	Check(wp);	// Pointer is invalid.
	return 0;
}