C++——第四章 智能指针

PS：仅供自己记录笔记，使用到时进行记录，不具有参考性。

1. 直接内存管理

(1) new分配方式我们称为 动态分配（分配在堆上）：直接内存管理（new / delete）。new和delete分别调用构造函数和析构函数。

// 初始化
string *mystr = new string; //空字符串，调用了string的默认构造函数
int *pointi = new int(100); // 用()给一个int的动态对象初值
string *mystr2 = new string(5, 'a); // 生成一个字符串，字符串内容是5个'a'
vector *pointv = new vector{1,2,3,4,5};

// 值初始化  + ()， 一般用值初始化，防止它的值没有被初始化。
string *mystr3 = new string(); 

• 有new一定要有delete。delete后的内存不能再使用，否则异常。delete一个柱指针后，一般将该指针 == nullptr。
• 同一块内存释放两次，也会报异常。

2. 智能指针

• 裸指针：直接使用new返回的指针，需要全程负责维护。
• 智能指针：解决裸指针代码的各种问题。对裸指针进行了包装，智能指针能够自动释放所指向的对象内存，优先算选择智能指针。
• 有四种智能指针：auto_ptr(C++98,已经完全呗unique_ptr取代，不要使用！), unique_ptr, shared_ptr, weak_ptr。这三种智能指针都是类模板。
• shared_ptr:共享式指针，多个指针指向同一个对象，最后一个指针被销毁时，这个对象会被释放，weak_ptr 是辅助shared_ptr工作的。
• unique_ptr：独占式指针，同一个时间内，只有一个指针能够指向该对象。当然该对象的所有权还是可以移交出去的。

(1) shared_ptr

• 共享所有权，被多个share_ptr之间相互协作，有额外开销。
• 原理：引用计数，每个share_ptr的拷贝都指向相同的内存。所以只有引用计数为0，shared_ptr才会析构这个对象。
• 当shared_ptr被析构 或者 shared_ptr指向其他对象时，其原来指向的对象会被释放。不用担心对象何时需要delete。

// pi指向一个值为100的int类型数据
shared_ptr pi(new int(100));

// 下面错误智能指针时explicit,使用=号就进行隐式类型转换了，必须直接初始化。
// shared_ptr pi2 = new int(200);

shared_ptr pi; // 空指针，nullptr

• make_shared: 安全、高效的使用shared_ptr。能够在动态内存（堆）中分配并初始化一个对象，然后返回指向此对象的shared_ptr、

shared_ptr p2 = make_shared(100);

• 引用计数增加：：每个shared_ptr都会记录有多少个其他shared_ptr指向相同的对象。使用shared_ptr初始化另外一个指针或把智能指针当做实参往函数里传递(值传递)，所有指向这个对象的shared_ptr的引用计数都会增加。引用传递不会增加。
• 引用计数减少：给shared_ptr赋予新值，让shared_ptr指向一个新的对象。 局部的shared_ptr离开其作用域。
• use_count()： 返回多少个智能指针指向某个对象，主要用于调试。
• unique()：是否该指针独占某个指向的对象，只有一个智能指针指向某个对象，则unique()返回ture。
• reset()：恢复，复位，重置。不带参数时：若pi是唯一指向该对象的指针，那么释放pi所指向的对象，并将pi置空；若pi不是唯一，那么不释放pi所指向的对象，但计数会减少1，同时将pi置为空。带参数时：参数一般是一个new出来的指针。若pi是唯一指向该对象的指针，释放该对象，让pi指向新对象；若不唯一，则不释放对象，但引用计数减1，同时让pi指向新对象。空指针也可以通过reset来重新初始化，shared_ptr p; p.rest(new int(1));
• *解引用：获得p指向的对象。
• get()：返回p中保存的指针(裸指针)。考虑到有些函数需要的是一个内置的裸指针而不是智能指针，，不要delete返回的裸指针，因为智能指针会管理。
• swap()：交换两个智能指针所指向的对象。std::swap(p1, p2); 或者 p1.swap(p2);
• =nullptr：将所指向的对象引用计数减1，若引用计数变为0，释放该对象。将智能指针置空。

(2) weak_ptr

• 指向由一个shared_ptr管理的对象，weak_ptr不会改变绑定到shared_ptr的对象的引用计数。其不是一个独立的智能指针，是辅助shared_ptr。相当于辅助、监测。
• 创建：使用shared_ptr进行初始化。

auto pi = make_shared(100);
weak_ptr piw(pi); // piw引用计数，强引用计数才绝对对象的声明周期。

• lock(): 检查weak_ptr所指向的对象是否存在，如果存在，就返回一个指向该对象的shared_ptr(强引用计数+1)

auto pi2 = piw.lock(); // pi2是一个shared_ptr
if(pi2 != nullptr)
{
	// 说明所指对象存在
	*pi2 = 12;
}

• use_count(): 获取该弱指针所指向对象的shared_ptr的数量。
• expired(): 是否过期的意思，该弱指针的use_count() 为0（表示弱指针所指向的对象已经不存在了），则返回true。即判断所观测的对象资源是否已经被释放。

(4) unique_ptr

• 独占式智能指针，同一时刻只有一个unique_ptr指向这个对象（这块内存），当这个unique_ptr被销毁时，它所指向的对象也被销毁。
• 常规初始化：

unique_ptr pi; //指向int类型的空智能指针 nullptr
unique_ptr pi2(new int(105)); //pi2指向一个105的int对象

• make_unique函数：

unique_ptr p1 = make_unique(105);

• unique_ptr不支持的操作：不支持赋值、拷贝动作。

unique_ptr ps1(new string("I Love China!"));
//unique_ptr ps2(ps1); //不支持拷贝动作，定义时初始化
//unique_ptr ps3 = ps1; //不支持拷贝动作，定义时初始化

• 移动语义：移动到另外一个独占式指针中

unique_ptr ps1(new string("I Love China!"));
unique_ptr ps2 = std::move(ps1); //移动完后，ps1为空，ps2指向原来ps1所指。

• release(): 放弃对指针的控制权，切断智能指针和其所指向的对象之间的联系。返回裸指针，将该智能指针置空。返回的这个裸指针我们可以手工delete释放。
• reset()：不带参数情况下，释放智能指针所指的对象，并将智能指针置空。带参情况下：

unique_ptr ps2(new string("I Love China!"));
ps1.reset(ps2.release());  // reset释放ps1所指向的对象内存，让ps1指向ps2所指向的内存，同时ps2被置空。

• get()：返回智能指针中保存的裸指针。
• *解引用：获取该智能指针指向的对象，可以直接操作；
• swap()：交换两个智能指针所指向的对象。

unique_ptr ps1(new string("I Love China1!"));
unique_ptr ps2(new string("I Love China2!"));
std::swap(ps1, ps2);
ps1.swap(ps2);

(5) 智能指针的选择(shared_ptr, unique_ptr)

• 如果程序要使用多个指向同一个对象的指针，应该选择shared_ptr；
• 如果程序不需要多个指向同一个对象的指针，应该选择unique_ptr；