C++智能指针的发展
智能指针
GC–garbage collection垃圾回收，Java里的机制。在头文件
内存泄漏
堆内存泄漏(Heap leak)
堆内存指的是程序执行中依据须要分配通过malloc / calloc / realloc / new等从堆中分配的一块内存，用完后必须通过调用相应的 free或者delete 删掉。假设程序的设计错误导致这部分内存没有被释放，那么以后这部分空间将无法再被使用，就会产生Heap Leak。
系统资源泄漏
指程序使用系统分配的资源，比方套接字、文件描述符、管道等没有使用对应的函数释放掉，导致系统资源的浪费，严重可导致系统效能减少，系统执行不稳定。
内存泄漏的危害：长期运行的程序出现内存泄漏，影响很大，如操作系统、后台服务等等，出现内存泄漏会导致响应越来越慢，最终卡死。
采用RAII思想或者智能指针来管理资源。
RAII资源获得即初始化
RAII（Resource Acquisition Is Initialization）是一种利用对象生命周期来控制程序资源（如内存、文件句柄、网络连接、互斥量等等）的简单技术。
相当于把资源生命周期和对象生命周期绑定在一起了==>在对象构造时获取资源，接着控制对资源的访问使之在对象的生命周期内始终保持有效，最后在对象析构的时候释放资源。借此，我们实际上把管理一份资源的责任托管给了一个对象。这种做法有两大好处：1.不需要显式地释放资源；2.采用这种方式，对象所需的资源在其生命期内始终保持有效。
// 使用RAII思想设计的SmartPtr类
template
class SmartPtr {
public:
//保存资源
SmartPtr(T* ptr = nullptr)
: _ptr(ptr)
{}
//释放资源
~SmartPtr()
{
if(_ptr) delete _ptr;
}
private:
T* _ptr;
};
上述的SmartPtr还不能将其称为智能指针，因为它还不具有指针的行为。
C98 auto_ptr
原理如下：
- RAII特性
- 重载operator*和opertaor->，具有像指针一样的行为。
AutoPtr模板类中还得需要将* 、->重载下，才可让其像指针一样去使用。
template
class auto_ptr {
public:
//保存资源
auto_ptr(T* ptr = nullptr)
: _ptr(ptr)
{}
//释放资源
~auto_ptr()
{
if(_ptr) delete _ptr;
}
//重载operator*
T& operator*()
{
return *_ptr;
}
//重载operator->
T* operator->()
{
return _ptr;
}
private:
T* _ptr;
};
存在的问题-对象悬空
auto_ptr类中没有写拷贝构造，构造函数就是浅拷贝，auto_ptr这样的代码，就会造成资源重复析构。C98中对于auto_ptr资源重复析构提出的解决方法是资源管理器转移，即只有一个对象管一份资源，auto_p1就不管了，让auto_p2管==>会导致对象悬空，即auto_p1悬空。
auto_ptr(SmartPtr& sp) :_ptr(sp.ptr) {
// 管理权转移
sp._ptr = nullptr;
}
auto_ptr& operator=(SmartPtr& sp) {
// 检测是否为自己给自己赋值
if (this != &sp) {
// 释放当前对象中资源
if (_ptr) delete _ptr;
// 转移sp中资源到当前对象中
_ptr = sp._ptr;
sp._ptr = NULL;
}
return *this;
}
注意：解决办法绝对不能写深拷贝！！因为要模拟的是原生指针，且这份资源归属是用户的，咱不能偷偷地copy一份。
C++11 unique_ptr
借鉴的是boost的scoped_ptr（防拷贝的智能指针），只是在auto_ptr的基础上加了两句。详细的模拟实现请参考我的gitee库
unique_ptr(const unique_ptr& sp) = delete;
unique_ptr& operator=(const unique_ptr& sp) = delete;
C++11 shared_ptr
shared_ptr本身是线程安全的，用锁保护了引用计数的++/–，但它管理的资源不是线程安全的，需要用户手动控制。共享指针的mutex保护的是自己的计数器的线程安全，不保护资源的线程安全。
借鉴的是boost的shared_ptr（可以拷贝的智能指针），原理是通过引用计数的方式来实现多个shared_ptr对象之间共享资源。
- shared_ptr在其内部，给每个资源都维护了着一份计数器，用于记录该份资源被几个对象共享。
- 在对象被销毁时(也就是析构函数调用)，就说明自己不使用该资源了，对象的引用计数减一。
- 如果引用计数是0，就说明自己是最后一个使用该资源的对象，必须释放该资源；如果不是0，就说明除了自己还有其他对象在使用该份资源，不能释放该资源，否则其他对象就成野指针了。
计数器的实现
可以采用 static map ，但是后续加锁是个大问题。
简单的方法就是申请新资源的时候再开一块计数器空间，让对象中的一个指针指向资源，另个指针指向计数器空间。
成员变量的计数器要写成int* count; ，可以实现对单份资源的管理，让一份资源拥有一个计数器。
不能写int count; 这个变成了单个对象的计数；
也不能写static int count; 因为静态成员变量是属于整个类的，所有对象均可以访问，相当于公共计数器，不是独一份资源的计数器。
锁的实现
一份资源对应一把锁，故写成mutex* _mutex;
在用shared_ptr的时候，如何保证资源的线程安全？**重新用一把锁保护资源！**注意此处不能去用计数器的锁，因为两块资源不是一样的空间。
存在的问题-循环引用
在如下所示struct ListNode对象创建的双向链表处会出问题，因为其成员变量是std::shared_ptr类型的，node1本身和node2._prev会同时指向node1的引用计数，node2本身和node1._next会同时指向node2的引用计数。
node1和node2都是局部对象，出了作用域就会销毁，但是他们的_prev和_next没法对引用计数器–。类对象的成员什么时候销毁？对象销毁的时候，其成员变量才会销毁，但是node2要等node1._next销毁了才会销毁，node1要等node2._prev销毁了才会销毁，这就造成了死循环，谁都没有销毁。
拓展来说，假设有两个类，类A中有个成员管理着类B的另一个成员，类B中有个成员管理着类A的另一个成员，这也会造成循环引用。
struct ListNode
{
std::shared_ptr _prev;
std::shared_ptr _next;
~ListNode() {std::cout << "~ListNode()" << std::endl; }//仅为观察实验现象，无其他作用
};
int main()
{
std::shared_ptr node1(new ListNode);
std::shared_ptr node2(new ListNode);
node1->_next = node2;//赋值构造 会对node1的引用计数做++
node2->_prev = node1;//赋值构造 会对node2的引用计数做++
return 0;
}
只要屏蔽node1->_next = node2;或者node2->_prev = node1;里的任何一句，都不会有循环引用的问题。
C++11 weak_ptr
没有使用RAII思想。其功能是可以指向资源/访问资源，但是不参与资源的管理，不增加引用计数。与shared_ptr搭配使用。
struct ListNode
{
std::weak_ptr _prev;//使用weak_ptr来解决
std::weak_ptr _next;//使用weak_ptr来解决
~ListNode() {std::cout << "~ListNode()" << std::endl; }//仅为观察实验现象，无其他作用
};
int main()
{
std::shared_ptr node1(new ListNode);
std::shared_ptr node2(new ListNode);
node1->_next = node2;//赋值构造 会对node1的引用计数做++
node2->_prev = node1;//赋值构造 会对node2的引用计数做++
return 0;
}
C++11 default_delete
以上4种指针只能管理单个new空间，因为delete在释放资源的时候，需要考虑到是数组（要用delete[]）还是单个数（delete即可），new[]和delete[]要匹配，否则可能会导致问题。
于是C++11引入定制删除器，默认的定制删除器用的是delete。constexpr shared_ptr() noexcept;
用到定制删除器可以看这个构造函数template ，其中del可以用函数指针、仿函数、lambda表达式。
template
struct delete_array
{
operator()(const T* ptr)
{
delete[] ptr;
cout << "delete[] :" << ptr << endl;
}
};
int main()
{
std::shared_ptr sp1(new int[10], delete_array());
//仿函数
std::shared_ptr sp2(new string[10], delete_array());
//lambda表达式
std::shared_ptr sp3(new string[10], [](string* ptr) {delete[] ptr; });
std::shared_ptr sp4(fopen("text.txt", "r"), [](FILE* ptr) {fclose(ptr); });
return 0;
}
结合定制删除器改造shared_ptr
template
struct defaule_delete
{
void operator()(T* ptr)
{
delete ptr;
}
};
template>
class shared_ptr
{
public:
shared_ptr(T* ptr = nullptr) :_ptr(ptr), _pRefCount(new int(1)), _mutex(new mutex)
{}
void Release()
{
int flag = 0;//标记是否需要释放锁,这是局部变量（独立栈空间）
_mutex->lock();
if (--(*_pRefCount) == 0)
{
flag = 1;
//delete _ptr;
_del(_ptr);
delete _pRefCount;
}
_mutex->unlock();
if (flag) delete _mutex;
}
~shared_ptr()
{
Release();
}
shared_ptr(const shared_ptr& sp) :_ptr(sp._ptr), _pRefCount(sp._pRefCount), _mutex(sp._mutex)
{
_mutex->lock();
++(*_pRefCount);
_mutex->unlock();
}
shared_ptr& operator=(const shared_ptr& sp)
{
if (sp._ptr != _ptr)
{
Release();
_ptr = sp._ptr;
_pRefCount = sp._pRefCount;
_mutex = sp._mutex;
_mutex->lock();
++(*_pRefCount);
_mutex->unlock();
}
return *this;
}
int use_count() { return *_pRefCount; }
T* get()
{
return _ptr;
}
// 像指针一样使用
T& operator*() { return *_ptr; }
T* operator->() { return _ptr; }
T* get() const { return _ptr; }
private:
T* _ptr;
int* _pRefCount;
mutex* _mutex;
D _del;
};
template
struct delete_array
{
void operator()(const T* ptr)
{
delete[] ptr;
//cout << "delete[]" << endl;
}
};
struct close_file
{
void operator()(FILE* ptr)
{
fclose(ptr);
}
};
int main()
{
shared_ptr> sp1(new int[5]);
shared_ptr> node1(new string[5]);
shared_ptr file1(fopen("test.txt", "r"));
//shared_ptr sp2(new int);
return 0;
}