【学习总结】boost智能指针
一、为什么使用智能指针
为管理内存等资源，C++采取RAII机制（资源获取即初始化，Resource Acquisition Is Initialization），在使用资源的类的构造函数中申请资源并使用，最终在析构函数中释放资源。使用new在堆上创建对象时，其析构函数不会自动调用，需要使用delete才能释放资源，若因为异常导致程序未能执行delete，则存在内存泄露的问题。C++98标准中的“自动指针std::auto_ptr（C++11中废弃，改用unique_ptr）部分解决了获取资源自动释放的问题。
二、boost库提供的智能指针
boost.smart_ptr库提供六种智能指针，包括socped_ptr、scoped_array、shared_ptr、shared_array、weak_ptr和intrusive_ptr。他们都是轻量级的对象，速度与原始指针相差无几，都是异常安全的，而且对于所指向的类型T也仅有一个很小且合理的要求：类型T的析构函数不能抛出异常。
头文件：#include
| scoped_ptr | 保证智能指针只能在本作用域中使用，拥有对象的唯一所有权，不可以复制。如果一个类中有scoped_ptr成员变量，则该类也不可拷贝或赋值。 | |
| scoped_array | 类似scoped_ptr，只不过包装的是new[ ]操作符，不推荐使用 | |
| shared_ptr | 实现了引用计数，可以拷贝或赋值，当引用计数为0时自动删除动态分配的对象 | |
| shared_array | 类似shared_ptr，但包装的是new[ ]分配的动态数组 | |
| weak_ptr | 配合shared_ptr而引入，不具备普通指针的行为，作为shared_ptr拥有对象的非拥有观察者 | |
| intrusive_ptr | 引用计数型智能指针，可以包装已有对象得到与shar_ptr类似的智能指针 |
1. socped_ptr
scoped_ptr包装了new操作符在堆上分配的动态对象，能够保证动态创建的对象在任何时候都可以被正确地删除，scoped_ptr获取对象管理权后就不能再转让。
scoped_ptr的构造函数接受一个类型为T*的指针p，创建出一个scoped_ptr对象，并在内部保存指针参数p。p必须是new表达式动态分配的结果，或者是一个空指针（nullptr）。当scoped_ptr对象的生命期结束时，析构函数~scoped_ptr()会使用delete操作符自动销毁所保存的指针对象来正确回收资源。拷贝构造函数和赋值操作符被声明为私有的，禁止对智能指针的拷贝操作，保证了被它管理的指针不能被转让所有权。
scoped_ptr提供在bool语境（如if的条件表达式）中自动转换成bool值的功能，用来测试scoped_ptr是否持有一个有效的指针（非空），可以替代与空指针的比较操作（有限比较，仅能与空指针进行比较操作）。
#include
using namespace boost;
struct posix_file{ //一个示范性质的文件类
posix_file(const char *file_name){
cout << "open file: " << file_name << endl;
}
~posix_file(){
cout << "close file" << endl;
}
}
int main(){
//文件类的scoped_ptr，将在离开作用域时自动析构，从而关闭文件释放资源
scopoed_ptr fp(new posix_file("/tmp/a.txt"));
scoped_ptr p(new int); //一个int指针的scoped_ptr
if(p){ //在bool语境中测试指针是否有效
*p = 100; //可以像普通指针一样使用解引用操作符*
cout << *P < 2. scoped_array
包装了new[ ]操作符在堆上分配的动态数组，为动态数组提供了一个代理，来保证正确释放内存。主要特点：
- 构造函数接受的指针p必须是new[ ]的结果，而不是new表达式的结果；
- 没有*、->操作符重载，因为scoped_array持有的不是一个普通指针；
- 析构函数使用delete[ ]操作重载，而不是delete；
- 提供operator操作符重载，可以想普通数组一样用下标访问元素；
- 没有begin()、end()等类似容器的迭代器操作函数。
#include
using namespace boost;
int main(){
int *arr = new int[100]; //一个整数的动态数组
scoped_array sa(arr); //scoped_array对象代理原始动态数组
fill_n(&sa[0],100,5); //可以使用标准库算法赋值数据
sa[10] = sa[20] + sa[30]; //用起来就像是个普通数组
} //这里scoped_array被自动析构，释放动态数组资源 3. shared_ptr
shared_ptr是最像指针的”智能指针“，是boost.smart_ptr库中最有价值、最重要、最有用的组成部分。他包装了new操作符在堆上分配的动态对象，实现了引用计数，可以自由地拷贝和赋值，在任意地方进行共享。也可以安全地放到标准容器中，是在STL容器中储存指针的最标准解法。
shared_ptr有多种形式的构造函数，应用于可能的情形：
- 无参的shared_ptr()创建一个持有空指针的shared_ptr；
- shared_ptr(Y *p)获得指向类型T的指针p的管理权，同时引用计数置为1。这个构造函数要求Y类型必须能够装换为T类型；
- shared_ptr(shared_ptr const &r)从另外一个shared_ptr获得指针的管理权，同时引用计数加1，结果是两个shared_ptr共享一个指针的管理权；
- operator=赋值操作符可以从另外一个shared_ptr获取指针的管理权，其行为等同构造函数；
- shared_ptr(Y *p, D d)行为类似于shared_ptr(Y *p)，但使用参数d指定了析构时的定制删除器，而不是简单的delete；
- 别名构造函数（aliasing），不增加引用计数的特殊用法。
reset()函数将shared_ptr的引用计数减1，停止对指针的共享，除非引用计数为0，否则不会发生删除操作；带参数的reset()类似相同形式的构造函数，原引用计数减1的同时改为管理另一个指针。
unique()和use_count()专门用来检查引用计数，unique()在指针是唯一所有者时返回true，是可靠的，任何时候都可用；use_count()返回当前指针的引用计数，不提供高效率的操作。
shared_ptr支持比较运算，可以测试两个shared_ptr的相等或不相等，比较基于内部保存的指针，相当于a.get() == b.get()；还可以使用operator<比较大小，但不提供除此外的比较操作符。
此外shared_ptr还支持流输出操作符operator<< ，输出内部的指针值，方便调试。
class shared{ //一个拥有shared_ptr的类
private:
shared_ptr p; //shared_ptr成员变量
public:
shared(shared_ptr p_):p(p_){ //构造函数初始化shared_ptr
}
void print(){ //输出shared_ptr的引用计数和指向的值
cout << "count: " << p.use_count()
<< "v = " << *p < p){ //使用shared_ptr作为函数参数
cout << "count: " << p.use_count() //同样输出引用计数和指向的值
<< "v = " << *p < p(new int(100))
shared s1(p),s2(p); //构造两个自定义类
s1.print();
s2.print();
*p = 20; //修改shared_ptr所指的值
print_func(p);
s1.print();
} 工厂函数make_shared()可以接受若干参数，然后把它们传递给类型T的构造函数，创建一个shared_ptr
auto sp = make_shared("make_shared"); //创建string的共享指针
auto spv = make_shared>(10,2); //创建vector的共享指针 shared_ptr应用于标准容器、应用于桥接模式、应用于工厂函数、定制删除器.......
4. shared_array
shared_array与shared_ptr基本相同，具有shared_ptr的优点和scoped_array的缺点，主要区别：
- 构造函数接受的指针p是new[ ] 的结果；
- 提供operator[ ] 操作符重载，可以像数组一样用下标访问元素；
- 没有*、->操作符重载；
- 析构函数使用delete [ ] 释放资源，而不是delete。
#include
using namespace boost;
int main{
int *p = new [100]; //一个动态数组
shared_array sa(p); //shared_array代理动态数组
assert(sa.unique()); //唯一持有指针
shared_array sa2 = sa; //共享数组，引用计数增加
assert(sa2.use_count()==2); //引用计数增加
sa[0] = 10; //可以使用operator[]访问元素
assert(sa2[0] == 10);
} //离开作用域，自动删除动态数组 shared_array不提供数组索引的范围检查，如果使用超过动态数组大小的索引或负索引将引发未定义行为。
5. weak_ptr
weak_ptr被设计与shared_ptr协同工作，可以从一个shared_ptr或另一个weak_ptr对象构造，获得资源的观察权，构造和析构不会引起指针引用计数的增加或减少。
use_count()可以观测资源的引用计数，expired()的功能等价于use_count()==0，但更快，表示被观测的资源不复存在。lock() 从被观测的shared_ptr获得一个可用的shared_ptr对象，把弱关系转换为强关系，从而操作资源，当expired()==true时，lock()返回空指针的shared_ptr。
enable_shared_from_this
weak_ptr一个重要用途是获取this指针的shared_ptr，使对象能够自己生产shared_ptr管理自己：对象使用weak_ptr观测this指针，这并不影响引用计数，需要时调用lock()函数，返回一个符合要求的shared_ptr供外界使用。成员函数shared_from_this()会返回this的shared_ptr。使用方法：
class self_shared :
public enable_shared_from_this{
pulic:
self_shared(int n):x(n){
}
int x;
void print(){
cout << "self_shared: " << x << endl;
}
};
int main(){
auto sp = make_shared(313);
sp -> print();
auto p = sp ->shared_from_this(); //返回this的shared_ptr
p -> x = 1000;
p -> print();
} enable_shared_from_raw
与enable_shared_from_this类似，但不要求对象必须被一个shared_ptr管理，可以直接从一个原始指针创建出shared_ptr。
#include
class raw_shared : public boost::enable_shared_from_raw{
public:
raw_shared(){
cout << "raw_shared ctor" << endl;
}
~raw_shared(){
cout << "raw_shared dtor" << endl;
}
};
int main(){
raw_shared x; //一个普通对象
asser(!weak_from_raw(&x).use_count()); //此时无引用，注意要用&取地址
auto px = shared_from_raw(&x); //获取shared_ptr
assert(px.use_count()==2); //引用计数为2！
} //对象自动删除
循环引用
代码中出现“循环引用”时，shared_ptr的引用机制会失效，导致不能正确析构释放资源。使用weak_ptr在可能存在循环引用的地方打破循环，在需要shared_ptr的时候调用weak_ptr的lock()函数。
class node{ //链表节点的类
public:
...
typeder weak_ptr ptr_type; //指针类型使用weak_ptr
ptr_type next; //后继指针
};
int main(){
auto p1 = make_shared(); //两个节点对象
auto p2 = make_shared();
p1 -> next = p2; //形成循环链表
p2 -> next = p1; //引用使用了weak_ptr所以正常
assert(p1.use_count() == 1); //每个shared_ptr的引用计数是1
assert(p2.use_count() == 1); //没有了循环引用
if(!p1 -> next.expired()){ //检查弱引用是否有效
auto p3 = p1 -> next.lock(); //调用lock()获得强引用
}
} //退出作用域，shared_ptr均正确析构 6. intrusive_ptr
intrusive_ptr接口与shared_ptr很像，同样支持比较和static_pointer_cast()、dynamic_pointer_cast()等转型操作，但不直接管理引用计数，而是调用函数来间接管理：
void intrusive_ptr_add_ref(T *p); //增加引用计数
void intrusive_ptr_release(T *p); //减少引用计数intrusive_ptr构造函数和reset()多出一个bool add_ref参数，表示是否增加引用计数，如果add_ref == true，那么它就相当于weak_ptr，只是简单地观察对象。
参考文档：
BOOST程序库完全开发指南：深入C++“准”标准库
如何理解智能指针？ 知乎
C++智能指针简单剖析
注：
assert是C/C++提供的准确性验证、测试支持的宏，详见 BOOST程序库完全开发指南第6章：正确性与测试