C++11 智能指针之shared_ptr
0.Overview
在实际的 C++ 开发中，我们经常会遇到诸如程序运行中突然崩溃、程序运行所用内存越来越多最终不得不重启等问题，这些问题往往都是内存资源管理不当造成的。比如：
- 有些内存资源已经被释放，但指向它的指针并没有改变指向（成为了野指针），并且后续还在使用；
- 有些内存资源已经被释放，后期又试图再释放一次（重复释放同一块内存会导致程序运行崩溃）；
- 没有及时释放不再使用的内存资源，造成内存泄漏，程序占用的内存资源越来越多。
针对以上这些情况，很多程序员认为 C++ 语言应该提供更友好的内存管理机制，这样就可以将精力集中于开发项目的各个功能上。
事实上，显示内存管理的替代方案很早就有了，早在 1959 年前后，就有人提出了“垃圾自动回收”机制。所谓垃圾，指的是那些不再使用或者没有任何指针指向的内存空间，而“回收”则指的是将这些“垃圾”收集起来以便再次利用。
如今，垃圾回收机制已经大行其道，得到了诸多编程语言的支持，例如 Java、Python、C#、PHP 等。而 C++ 虽然从来没有公开得支持过垃圾回收机制，但 C++98/03 标准中，支持使用 auto_ptr 智能指针来实现堆内存的自动回收；C++11 新标准在废弃 auto_ptr 的同时，增添了 unique_ptr、shared_ptr 以及 weak_ptr 这 3 个智能指针来实现堆内存的自动回收。
所谓智能指针，可以从字面上理解为“智能”的指针。具体来讲，智能指针和普通指针的用法是相似的，不同之处在于，智能指针可以在适当时机自动释放分配的内存。也就是说，使用智能指针可以很好地避免“忘记释放内存而导致内存泄漏”问题出现。由此可见，C++ 也逐渐开始支持垃圾回收机制了，尽管目前支持程度还有限。
C++ 智能指针底层是采用引用计数的方式实现的。简单的理解，智能指针在申请堆内存空间的同时，会为其配备一个整形值（初始值为 1），每当有新对象使用此堆内存时，该整形值 +1；反之，每当使用此堆内存的对象被释放时，该整形值减 1。当堆空间对应的整形值为 0 时，即表明不再有对象使用它，该堆空间就会被释放掉。
1.C++11 shared_ptr智能指针
实际上，每种智能指针都是以类模板的方式实现的，shared_ptr 也不例外。shared_ptr
#include
using namespace std; 值得一提的是，和 unique_ptr、weak_ptr 不同之处在于，多个 shared_ptr 智能指针可以共同使用同一块堆内存。并且，由于该类型智能指针在实现上采用的是引用计数机制，即便有一个 shared_ptr 指针放弃了堆内存的“使用权”（引用计数减 1），也不会影响其他指向同一堆内存的 shared_ptr 指针（只有引用计数为 0 时，堆内存才会被自动释放）。
1.1 shared_ptr智能指针的创建
shared_ptr
1) 通过如下 2 种方式，可以构造出 shared_ptr
std::shared_ptr p1; //不传入任何实参
std::shared_ptr p2(nullptr); //传入空指针 nullptr 注意，空的 shared_ptr 指针，其初始引用计数为 0，而不是 1。
2) 在构建 shared_ptr 智能指针，也可以明确其指向。例如：
std::shared_ptr p3(new int(10)); 由此，我们就成功构建了一个 shared_ptr 智能指针，其指向一块存有 10 这个 int 类型数据的堆内存空间。
同时，C++11 标准中还提供了 std::make_shared
std::shared_ptr p3 = std::make_shared(10); 以上 2 种方式创建的 p3 是完全相同。
3) 除此之外，shared_ptr
//调用拷贝构造函数
std::shared_ptr p4(p3);//或者 std::shared_ptr p4 = p3;
//调用移动构造函数
std::shared_ptr p5(std::move(p4)); //或者 std::shared_ptr p5 = std::move(p4); 如上所示，p3 和 p4 都是 shared_ptr 类型的智能指针，因此可以用 p3 来初始化 p4，由于 p3 是左值，因此会调用拷贝构造函数。需要注意的是，如果 p3 为空智能指针，则 p4 也为空智能指针，其引用计数初始值为 0；反之，则表明 p4 和 p3 指向同一块堆内存，同时该堆空间的引用计数会加 1。
而对于 std::move(p4) 来说，该函数会强制将 p4 转换成对应的右值，因此初始化 p5 调用的是移动构造函数。另外和调用拷贝构造函数不同，用 std::move(p4) 初始化 p5，会使得 p5 拥有了 p4 的堆内存，而 p4 则变成了空智能指针。
注意，同一普通指针不能同时为多个 shared_ptr 对象赋值，否则会导致程序发生异常。例如：
int* ptr = new int;
std::shared_ptr p1(ptr);
std::shared_ptr p2(ptr);//错误 4) 在初始化 shared_ptr 智能指针时，还可以自定义所指堆内存的释放规则，这样当堆内存的引用计数为 0 时，会优先调用我们自定义的释放规则。
在某些场景中，自定义释放规则是很有必要的。比如，对于申请的动态数组来说，shared_ptr 指针默认的释放规则是不支持释放数组的，只能自定义对应的释放规则，才能正确地释放申请的堆内存。
对于申请的动态数组，释放规则可以使用 C++11 标准中提供的 default_delete
//指定 default_delete 作为释放规则
std::shared_ptr p6(new int[10], std::default_delete());
//自定义释放规则
void deleteInt(int*p) {
delete []p;
}
//初始化智能指针，并自定义释放规则
std::shared_ptr p7(new int[10], deleteInt); 实际上借助 lambda 表达式，我们还可以像如下这样初始化 p7，它们是完全相同的：
std::shared_ptr p7(new int[10], [](int* p) {delete[]p; }); 1.2shared_ptr模板类提供的成员方法
为了方便用户使用 shared_ptr 智能指针，shared_ptr
除此之外，C++11 标准还支持同一类型的 shared_ptr 对象，或者 shared_ptr 和 nullptr 之间，进行 ==，!=，<，<=，>，>= 运算。
2.举个例子
#include
#include
using namespace std;
int main()
{
//构建 2 个智能指针
std::shared_ptr p1(new int(10));
std::shared_ptr p2(p1);
//输出 p2 指向的数据
cout << *p2 << endl;
p1.reset();//引用计数减 1,p1为空指针
if (p1) {
cout << "p1 不为空" << endl;
}
else {
cout << "p1 为空" << endl;
}
//以上操作，并不会影响 p2
cout << *p2 << endl;
//判断当前和 p2 同指向的智能指针有多少个
cout << p2.use_count() << endl;
return 0;
} 输出：
10
p1 为空
10
1