《c++11学习笔记》 --- 智能指针（std::shared_ptr、std::uniq_ptr、std::weak_ptr）

目录

std::shared_ptr共享的智能指针

std::unique_ptr独占的智能指针

std::weak_ptr弱引用的智能指针

总结：

---

使用智能指针时需要引用头文件 

std::shared_ptr共享的智能指针

shared_ptr使用引用计数，每一个shared_ptr的拷贝都指向相同的内存，在最后一个shared_ptr析构的时候，内存才会被释放。

初始化：

通过构造函数、std::make_shared辅助函数和reset方法来初始化shared_ptr。

优先使用std::make_shared来构造智能指针，提高效率。

std::shared_ptr p(new int(1));

std::make_shared p2(new int(1));

std::shared_ptr ptr;
ptr.reset(new int(1));
if(ptr)
{
	cout<<"ptr is not  null";
}

当智能指针有值的时候，调用reset会使引用计数减1。 

获取原始指针：

 通过get()方法返回原始指针。

std::shared_ptr ptr(new int(1));
int* p = ptr.get();

指定删除器：

当p的引用计数为0时，自动调用删除器deleteIntPtr来释放对象内存。或者使用lambda表达式：

void deleteIntPtr(int* p)
{
	delete p;
}
std::shared_ptr p(new int, deleteIntPtr);

std::shared_ptr p(new int, [](int* p)
{
		delete p;
});

 管理动态数组时，需要指定删除器，因为std::shared_ptr的默认删除器不支持数组对象。

std::shared_ptr p(new int[10], [](int* p)
{
	delete[] p;
});

将std::default_delete作为删除器。default_delete的内部是通过调用delete来实现的。

std::shared_ptr p(new int[10], std::default_delete());

通过封装一个make_shared_array方法来让shared_ptr支持数组。

template
shared_ptr make_shared_array(size_t size)
{
	return shared_ptr(new T[size], default_delete());
}
std::shared_ptr p = make_shared_array(10);
std::shared_ptr p = make_shared_array(10);

注意：

1、 不要用一个原始指针初始化多个shared_ptr

int *ptr = new int;
shared_ptr p(ptr);
shared_ptr p2(ptr);   //逻辑错误

 2、不要在函数实参中创建shared_ptr

function (shared_ptr (new int), g()); //有缺陷

c++函数参数的计算顺序在不同的编译器不同的调用约定下可能不一样。一般是从右到左，也有可能是从左到右，所以，可能的过程是先new int，然后再调用g(),如果恰好g()发生异常，而shared_ptr还没创建，则int内存泄漏。正确写法：

shared_ptr p(new int());
f(p, g());

3、通过shared_from_this()返回this指针。不要将this指针作为shared_ptr返回出来，因为this指针本质是一个裸指针，这样可能会导致重复析构。

struct A
{
	shared_ptr getSelf()
	{
		return shared_ptr (this); //
    }
};
int main()
{
	shared_ptr sp1(new A);
	shared_ptr sp2 = sp1->getSelf();
	return 0; 
}

 由于用同一个指针（this）构造了两个智能指针sp1和sp2，而它们之间没有任何关系。在离开作用域之后this将会被构造的两个智能指针各自析构，导致重复析构的错误。

正确做法：

让目标类通过派生std::enable_shared_from_this类，然后使用基类的成员函数shared_from_this来返回this的shared_ptr。

class A:public std::enable_shared_from_this
{
	std::shared_ptr getSelf()
	{
		return shared_from_this();
	}
};
std::shared_ptr sp(new A);
std::shared_ptr p = sp->getSelf();

4、避免循环引用。智能指针最大的缺陷是循环引用，循环引用会导致内存泄漏。

struct A;
struct B;

struct A
{
	std::shared_ptr bptr;
	~A()
	{
		cout<<"A del"
	};
};
struct B
{
	std::shared_ptr aptr;
	~B()
	{
		cout<<"B del"
	};
};
void testPtr()
{
	{
		std::shared_ptr ap(new A);
		std::shared_ptr bp(new B);
		ap->bptr = bp;
		bp->aptr = ap;
	}//对象应该销毁
}

两个指针A和B都不会被删除，存在内存泄漏，循环引用导致ap和bp的引用计数为2， 在离开作用域之后，ap和bp的引用计数减为1，并不会减为0，导致两个指针都不会析构，产生内存泄漏。解决办法是把A和B任何一个成员变量改为weak_ptr；

std::unique_ptr独占的智能指针

 不允许其他的智能指针共享其内部的指针，不允许通过赋值将一个unique_ptr赋值给另一个unique_ptr。

unique_ptr ptr(new T);
unique_ptr ptr1 = ptr;   //错误，不能复制

 unique_ptr不允许复制，但可以通过函数返回的方式返回其他的unique_ptr，还可以通过std::move来转移到其他的unique_ptr，这样它本身就不在拥有原来指针的所有权。

unique_ptr ptr(new T);
unique_ptr ptr1 = std::move(ptr);

unique_ptr不像shared_ptr可以通过make_shared方法来创建智能指针，c++11目前还没有提供
make_unique方法，在c++14中会提供make_shared类似的make_unique来创建unique_ptr。
实现一个make_unique方法：

//支持普通指针
template inline
typename enable_if::value, unique_ptr>::type
make_unique(Args&&... args)
{
	return unique_ptr (new T(std::forward(args)...));
}

//支持动态数组
template inline
typename enable_if::value && extent::value==0, unique_ptr>::type
make_unique(size_t size)
{
	typedef typename remove_extent::type U;
	return unique_ptr (new U[size]());
}

//过滤掉定长数组的情况
template
typename enable_if::value != 0, void>::type make_unique(Args&&... ) = delete;
/*
思路：如果不是数组，则直接创建unique_ptr。如果是数组，先判断是否为定长数组，
若为定长数组则编译不通过（因为不能这样调用make_unique(10),而应该这样
make_unique(10)）;若为非定长数组，则获取数组中的元素类型，再根据入参size
创建动态数组的unique_ptr。
*/

unique_ptr可以指向一个数组，shared_ptr不可以。

std::unique_ptr ptr(new int[10]);
ptr[9] = 10;    //最后一个元素值为10

std::shared_ptr ptr(new int[10]);//不合法

删除器：

unique_ptr指定删除器和shared_ptr有差别：

unique_ptr指定删除器和shared_ptr有差别： 

std::shared_ptr ptr(new int(1), [](int* p) {
	delete p;
});  //正确

std::unique_ptr ptr(new int(1), [](int* p) {
	delete p;
});  //错误

unique_ptr指定删除器的时候需要确定删除器的类型，所以不能像shared_ptr那样直接指定删除器。可以写成：

std::unique_ptr ptr(new int(1), [](int* p) {
	delete p;
});

这种写法在lambda没有捕获变量的情况下正确，如果捕获了变量，则会编译报错：

std::unique_ptr ptr(new int(1), [&](int* p) {
	delete p;
});//错误，捕获变量

lambda在没有捕获变量的情况下是可以直接转换为函数指针的，一旦捕获了就无法转换。 如果希望unique_ptr的删除器支持lambda，可以写成：

std::unique_ptr> ptr(new int(1), [&](int* p) {
	delete p;
});

自定义unique_ptr的删除器：

#include 
#include 

struct autoDelete
{
	void operator()(int*p)
	{
		delete p;
	}
};

int main()
{
	std::unique_ptr p(new int(1)); 
	return 0;
}

std::weak_ptr弱引用的智能指针

弱引用指针weak_ptr是用来监视shared_ptr的，不会使引用计数加1，它不管理shared_ptr内部的指针，主要是为了监视shared_ptr的生命周期。
weak_ptr没有重载操作符*和->，因为它不共享指针，不能操作资源，主要是为了通过shared_ptr获得资源的监测权，它的构造不会增加引用计数，它的析构也不会减少引用计数，只是作为一个旁观者来监视shared_ptr中的资源是否存在。weak_ptr还可以用来返回this指针和解决循环引用问题。

 用法：

1、通过use_count()方法获得当前观测资源的引用计数

shared_ptr sp(new int(10));
weak_ptr wp(sp);
cout<

2、通过expired()方法来判断所观测的资源是否已经被释放

shared_ptr sp(new int(10));
weak_ptr wp(sp);
if(wp.expired())
{
	cout<<"weak_ptr无效，监视的智能指针已被释放"<

 3、通过lock方法来获取所监视的shared_ptr

std::weak_ptr gw;
void f()
{
    if(gw.expired())  //所监视的shared_ptr是否被释放
	{
		cout<<"gw已释放 \n";
	}
	else
	{
		auto spt = gw.lock();
		cout<<*spt<<"\n";
	}
}
int main()
{
	{
		auto sp = std::make_shared(42);
		gw = sp;
		f();
	}
	f();
}
//依次输出： 42     gw已释放

weak_ptr返回this指针：

在shared_ptr中：
不能直接将this指针返回为shared_ptr，需要通过派生std::enable_shared_from_this类，并通过其方法shared_from_this来返回智能指针。
原因是：std::enable_shared_from_this类中有一个weak_ptr，这个weak_ptr用来观测this智能指针，调用shared_from_this方法时，会调用内部这个weak_ptr的lock方法，将所观测的shared_ptr返回。

class A:public std::enable_shared_from_this
{
	std::shared_ptr getSelf()
	{
		return shared_from_this();
	}
	~A()
	{
		cout<<"A delete"< sp(new A);
std::shared_ptr p = sp->getSelf();
	
//输出：A delete

/*
在外面创建A对象的智能指针和通过该对象返回this智能指针都是安全的，因为
shared_from_this()是内部的weak_ptr调用lock方法之后返回的智能指针。在
离开作用域之后，sp的引用计数减为0，A对象被析构，不会出现A对象被析构两
次的问题。
*/

注意：

获取自身智能指针的函数仅在shared_ptr的构造函数被调用之后才能使用，因为enable_shared_from_this内部的weak_ptr只有通过shared_ptr才能构造。

weak_ptr解决循环引用问题：

struct A;
struct B;

struct A
{
	std::shared_ptr bptr;
	~A()
	{
		cout<<"A del"
	};
};

struct B
{
	std::weak_ptr aptr;
	~B()
	{
		cout<<"B del"
	};
};

void testPtr()
{
	{
		std::shared_ptr ap(new A);
		std::shared_ptr bp(new B);
		ap->bptr = bp;
		bp->aptr = ap;
	}//对象应该销毁
}

//输出： A del       B del

/*
在对B的成员赋值时，即执行bp->aptr = ap;时，由于aptr是weak_ptr，
它并不会增加引用计数，所以ap的引用计数仍然会是1，在离开作用域之后，
ap的引用计数会减为0，A指针会被析构，析构后其内部的bptr的引用计数会减为1，
然后在离开作用域之后bp引用计数又从1减为0，B对象也将被析构，不会造成内部泄漏。
*/

总结：

unique_ptr和shared_ptr的使用场景:要根据实际应用需求来选择，如果希望只有一个智能指针管理资源或管理数组就用unique_ptr，要是希望多个智能指针管理同一个资源就用shared_ptr。

weak_ptr是shared_ptr的助手，只是监视shared_ptr管理的资源是否被释放，本身并不操作或者管理资源，用于解决shared_ptr循环引用和返回this指针的问题。