C++ 智能指针 : auto_ptr 、unique_ptr、 shared_ptr、 weak_ptr

1、智能指针设计初衷：

        智能指针实际是类，超过类的作用域后，析构函数会自动回收资源，为程序员管理申请的堆内存，避免内存泄漏

2、C++ 智能指针种类： 

auto_ptr

（C++98 的⽅案，C11 已抛弃）采⽤所有权模式。auto_ptr构造时取得某个对象的所有权，在析构时释放该对象。我们实际上是创建一个auto_ptr类型的局部对象，该局部对象析构时，会将自身所拥有的指针空间释放，所以不会有内存泄露。auto_ptr不支持new 数组。

注意：不要使用auto_ptr 作为函数入参，因为函数的形参其实是拷贝，然而智能指针拷贝的过程，会导致其拥有权发生转移，你传入的实参拥有权会转移到拷贝后的形参上，形参在函数运行的生命周期结束后，就会析构，导致你之前实参拥有的（主程序的对象、内存）内存被释放，导致致命的执行错误。

结论：如果必须需要使用智能指针作为函数入参，使用const 引用

#include 
#include  
using namespace std;

int main()
{
    //auto_ptr 通过构造函数初始化
    int*ptr1 = new (std::nothrow)int(4);
    if (nullptr == ptr1)
    {
        cout<<"new failed !"< a_ptr1(ptr1);
    auto_ptr a_ptr2(new int(5));
    cout << "a_ptr1 data : "<<*a_ptr1 < a_ptr3(a_ptr1);

    //赋值
    a_ptr2 = a_ptr3;
    //cout << "拷贝构造后 a_ptr1 data : "<<*a_ptr1 < a_ptr4;

    //禁止一个对象（内存）被多个auto_ptr拥有
    /* int *data = new (std::nothrow)int(5);
    auto_ptr a_ptr5 = auto_ptr(data);
    auto_ptr a_ptr6 = auto_ptr(data);
    cout << "a_ptr5 data : "<<*a_ptr5 < a_ptr7(data1);
    cout << "the add of data1: " << data1 << endl;
    cout << "the get() return of a_ptr7: " << a_ptr7.get() << endl;

    //reset 重置auto_ptr拥有的内存(对象),重置的过程会释放auto_ptr先拥有的内存int(5)
    cout << "the data of a_ptr7: " << *a_ptr7 << endl;
    a_ptr7.reset(new (std::nothrow)int(6));
    cout << "the data of a_ptr7 after reset: " << *a_ptr7 << endl;

    return 0;
    
}

unique_ptr

unique_ptr 实现独占式拥有或严格拥有概念，保证同⼀时间内只有⼀个智能指针可以指向该对 象。它对于避免资源泄露特别有⽤。

#include
#include  
using namespace std;

int main()
{

    /* unique_ptr */
    int *p = new int(5);
    unique_ptrp1(p);
    //std::unique_ptrp2=p1;// 编译会出错
    //move转移所有权, 现在那块内存归p3所有, p1成为无效的指针.
    unique_ptrp3=move(p1);
    cout << "the add of p: " << p <<" | "<<  " the data of p: " << *p << endl;
    cout << "the add of p3: " << p3.get() <<" | "<< " the data of p3: " << *p3 <     //reset释放内存.
    p3.reset();
    //无效
    //p1.reset();

    //默认初始为nullptr
    unique_ptrp4;
    cout << "the add of p4 : " << (p4 ? "not nullptr" : "nullptr") << endl;

    //release释放智能指针的内存拥有权
    int *a = new int(4);
    p4 = (unique_ptr)(a);
    int *p5 = p4.release();
    cout << "the add of a: " << a <<" | "<< "the data of a: " << *a <     cout << "the add of p5: " << p5 <<" | "<< "the data of p5: " << *p5 <     delete p5;
    p5 = nullptr;

    //swap交换内存
    unique_ptr p6(new int (6)); 
    unique_ptr p7(new int (7));
    p6.swap(p7);
    cout << "the data of p6: " << *p6 << " | " <<"the data of p7: " << *p7 << endl;

    return 0;
    
}

shared_ptr

共享型智能指针，一块内存可被多个shared_ptr 引用，内部采用引用计数管理，计数为0时，则删除智能指针，回收资源。

注意：

1、不要使用同一个原始指针构造 shared_ptr，如果需要构建多个shared_ptr管理同一块内存，使用一个已存在的shared_ptr 进行创建。

2、shared_ptr 不能相互引用，会导致引用计数无法下降到0，资源无法被回收，造成内存泄漏

#include 
#include  
using namespace std;

int main()
{
    
    /* shared_ptr */
    //使用 make_shared 创建空对象
	shared_ptr sha_p1 = make_shared();
    *sha_p1 = 1;

    //use_count 查看内存引用计数
    cout << "the use count = " << sha_p1.use_count() << endl; //1

    //无参reset 计数重置为0
    sha_p1.reset();
    cout << "the use count = " << sha_p1.use_count() << endl; //0

    //有参reset 计数为1
    sha_p1.reset(new int(2));
    cout << "the use count = " << sha_p1.use_count() << endl; //1

    //置nullptr 计数为0
    sha_p1 = nullptr;
    cout << "the use count = " << sha_p1.use_count() << endl; //0

    //不要用原始指针初始化多个智能指针
    int *num = new int(3);
    shared_ptr sha_p2(num);
    
    shared_ptr sha_p3(sha_p2);  // 正确使用方法
    shared_ptr sha_p4(num);     // 不推荐
    //假如使用原始指针num创建了sha_p2，sha_p4，当sha_p2超出作用域时会调用
    //delete释放num内存，此时num成了悬空指针，当sha_p4超出作用域再次delete的时候就可能会出错

    cout << "sha_p2 use count = " << sha_p2.use_count() << endl; // 输出 2
    cout << "sha_p3 use count = " << sha_p3.use_count() << endl; // 输出 2
    cout << "sha_p4 use count = " << sha_p4.use_count() << endl; // 输出 1

    return 0;

}

weak_ptr

weak_ptr 是为了配合 shared_ptr 而引入的一种智能指针,可以解决shared_ptr 循环引用的问题，weak_ptr，由于是弱共享，weak_ptr 的创建并不会影响 shared_ptr 的引用计数值。

#include 
#include  
using namespace std;

class ClassB;
 
class ClassA
{
public:
 ClassA() { cout << "ClassA Constructor Success" << endl; }
 ~ClassA() { cout << "ClassA Destructor Success" << endl; }
 weak_ptr pb; // 在A中引用B
};
 
class ClassB
{
public:
 ClassB() { cout << "ClassB Constructor Success" << endl; }
 ~ClassB() { cout << "ClassB Destructor Success" << endl; }
 weak_ptr pa; // 在B中引用A
};

int main()
{
   
    /* weak_ptr*/
    shared_ptr ca_ptr = make_shared();
    shared_ptr cb_ptr = make_shared();
    ca_ptr->pb = cb_ptr;
    cb_ptr->pa = ca_ptr;
    cout << "the use count of ca_ptr = " << ca_ptr.use_count() << endl; //1
    cout << "the use count of cb_ptr = " << cb_ptr.use_count() << endl; //1
    //对象A 、B都被析构了

    return 0;

}