C++智能指针使用须知

我在《C++ 智能指针（shared_ptr/weak_ptr）源码分析》已经介绍了智能指针的一些使用注意点，本文在此基础上，基于C++11中的语法特性，介绍一些智能指针的使用须知。

std::unique_ptr

1. 如果不需要共享，同时需要防止内存泄漏， std::unique_ptr是替代raw pointer(裸指针)的第一选择：它的大小和raw pointer一样，解引用的速度也和raw pointer相当。
2. 基于std::unique_ptr的语法意义，它可以move，但是不可以copy。
3. std::unique_ptr可以采用自定义的deleter: 它可以采用stateless lambda表达式，也可以采用函数。stateless lambda的表达式不会增加指针的大小，函数形式的会增加一个函数指针的大小。
4. 如无十分必要，不要使用数组形式的std::unique_ptr, 最好用std::vector >的形式替代。
5. 工厂模式一般设计返回类型为std::unique_ptr，用户可以根据使用需要转换为std::shared_ptr

std::shared_ptr

1. std::shared_ptr的大小至少是raw pointer的两倍，因为其内部包含有一个指向被管理对象(managed object)T的指针以及一个__shared_count对象，__shared_count对象包含一个指向管理对象(manager object)的基类指针：

2. 采用std::shared_ptr spw(new Widget)形式创建的智能指针涉及到两次动态内存申请，因而性能上和裸指针形式：Widget* spw= new Widget相比要差些.
3. 基于C++中的"No naked new"原则，推荐使用auto spw(std::make_shared)或auto spw(std::make_unique)的形式来创建智能指针，避免使用auto pw = new Widget; std::shared_ptr spw(pw)的形式来创建智能指针。
4. 采用std::make_shared创建智能指针时，只有一次动态内存申请：管理对象和被管理对象在同一内存区域，这可以降低性能开销。但是如果被管理对象占用内存较大，被管理对象部分的内存释放后可能得不到及时的回收（比如管理对象因为其它原因：weak_ptr等的指向而得不到释放），那么整个区域的内存将不会被释放。
5. 当要在类的内部构造或者使用指向自身的智能指针时，不能直接像std::shared_ptr spw(this)这样构造，因为这会产生另外的管理对象，造成twice delete;解决办法是通过使用CRTP(The Curiously Recurring Template Pattern)的方法：继承std::enable_shared_from_this,在需要的时候通过shared_from_this()方式获取指向自身的智能指针。
6. std::unique_ptr根据使用需要转换为std::shared_ptr，但是std::shared_ptr不可以转换为std::unique_ptr。

std::weak_ptr

1. 有时我们可能不想影响某个对象的生命周期，但是有时候又需要知道该对象是否被析构，这个时候就需要使用std::weak_ptr了。std::weak_ptr相对于对象的生命周期来说是一种旁观者的身份。
2. 可以通过std::shared_ptr构造std::weak_ptr，也可以根据使用需要从std::weak_ptr获得std::shared_ptr。
3. 通过std::weak_ptr的expired()函数判断对象是否已经被析构；通过lock()函数原子的返回指向该对象的智能指针，如果对象被析构返回null指针。
4. 在观察者模式中，使用std::weak_ptr可以知道订阅者的是否被析构，如果没有，将消息推送给观察者。

std::shared_ptr的线程安全性

在http://www.boost.org/doc/libs/release/libs/smart_ptr/shared_ptr.htm#ThreadSafety中，指出了shared_ptr的线程安全性：

• （1）A shared_ptr instance can be “read” (accessed using only const operations) simultaneously by multiple threads.
• （2）Different shared_ptr instances can be “written to” (accessed using mutable operations such as operator= or reset) simultaneously by multiple threads (even when these instances are copies, and share the same reference count underneath.)
• （3）Any other simultaneous accesses result in undefined behavior.

对于std::shared_ptr的线程安全性，陈硕做了非常详尽的分析：http://blog.csdn.net/solstice/article/details/8547547，
总结一下：

1. shared_ptr的赋值涉及到指向被管理对象的指针的复制（a）和管理对象的指针的复制和计数的增减（b）；一般的实现步骤a和步骤b各自都是原子的。如果步骤a或者步骤b不是原子的，那么shared_ptr上面（1）或（2）的线程安全性将得不到保障。
2. 由于a和b合并起来时，涉及到两个方面的操作，如果没有互斥或者锁，合并的操作将不会是原子的，因而不是线程安全的。这就是同一个shared_ptr被不同的线程同时读写时线程不安全的原因。