C++智能指针

内存泄漏

什么是内存泄漏

什么是内存泄漏：内存泄漏指因为疏忽或错误造成程序未能释放已经不再使用的内存的情况。内存泄漏并不是指内存在物理上的消失，而是应用程序分配某段内存后，因为设计错误，失去了对该段内存的控制，因而造成了内存的浪费。

void MemoryLeaks()
{
	// 1.内存申请了忘记释放
	int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
	int* p2 = new int;
	// 2.异常安全问题
	int* p3 = new int[10];
	Func(); // 这里Func函数抛异常导致 delete[] p3未执行，p3没被释放.
	delete[] p3;
}

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。

内存泄漏的分类

1. 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。

2. 系统资源泄漏

指程序使用系统分配的资源，比如：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。

智能指针

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。

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。

智能指针的原理：

1. RAII特性
2. 重载operator*和opertaor->，具有像指针一样的行为。

auto_ptr

auto_ptr采取管理权转移的思想。

// 结论：auto_ptr是一个失败设计，很多公司明确要求不能使用auto_ptr
int main()
{
	std::auto_ptr<int> sp1(new int);
	std::auto_ptr<int> sp2(sp1); // 管理权转移

	// // sp1悬空
	*sp2 = 10;
	cout << *sp2 << endl;
	cout << *sp1 << endl;
	return 0;
}

实现方式：

auto_ptr(auto_ptr<T>& sp)
	:_ptr(sp._ptr)
{
	// 管理权转移
	sp._ptr = nullptr;
}
auto_ptr<T>& operator=(auto_ptr<T>& ap)
{
	// 检测是否为自己给自己赋值
	if (this != &ap)
	{
		// 释放当前对象中资源
		if (_ptr)
		delete _ptr;
		// 转移ap中资源到当前对象中
		_ptr = ap._ptr;
		ap._ptr = NULL;
	}
	return *this;
}

unique_ptr

采取防拷贝的思想，不允许任何形式的拷贝，包括赋值

std::unique_ptr<int> sp1(new int);
std::unique_ptr<int> sp2(sp1); 		// err

实现方式：

unique_ptr(const unique_ptr<T>& sp) = delete;
unique_ptr<T>& operator=(const unique_ptr<T>& sp) = delete;

shared_ptr

采取引用计数的思想来实现多个对象管理同一块资源。

在这里插入代码片

循环引用

struct ListNode
{
	int _data;
	shared_ptr<ListNode> _prev;
	shared_ptr<ListNode> _next;
};

shared_ptr<ListNode> node1(new ListNode);
shared_ptr<ListNode> node2(new ListNode);

node1->_next = node2;
node2->_prev = node1;

两个不同的智能指针的计数器形成了环状，造成了双方的资源都不能得到释放。

解决方案就是使用不参与资源释放只参与使用和修改资源的weak_ptr。

weak_ptr

struct ListNode
{
	int _data;
	weak_ptr<ListNode> _prev;
	weak_ptr<ListNode> _next;
};

weak_ptr 解决引用计数的原理：不会增加shared_ptr 的引用计数。

weak_ptr(const shared_ptr<T>& sp)
	:_ptr(sp.get())
{}

weak_ptr<T>& operator=(const shared_ptr<T>& sp)
{
	_ptr = sp.get();
	return *this;
}

定制删除器

不同类型的空间需要使用不同的方式进行释放，如果处理不妥，可能会引发报错，比如：new[] 申请的空间使用 delete 释放。

所以对申请的空间需要使用特定的方式进行释放。

unique_ptr的定制删除器：

是在类模板上传递类型：

unique_ptr<int, Free> unique1(new int(1));

spared_ptr的定制删除器：

在构造函数通过参数的形式传递仿函数对象，同样可以传递lambda表达式：

shared_ptr<int> shared1(new int(1), Free());
shared_ptr<int> shared2(new int(1), [](int* ptr){ free(ptr); }