C++智能指针
1. 智能指针
1.1 知识点
1.1.1 为什么要提出智能指针？
实际开发中：
1）用户开辟了堆空间，没有及时释放堆空间资源，可能会造成内存泄露
2）用户开辟了堆空间，也及时释放了堆空间资源，但该空间其它对象还在使用，会出现程序崩溃的现象
作用：
用于帮助用户去管理堆空间
1.1.2 智能指针与普通指针有什么区别？
智能指针体现出智能化（可以帮助用户自动管理堆内存空间），当引用计数机制等于0的时候，智能指针会自动释放所管理的堆空间资源
在C++中智能指针它不是一个指针，他是一个类（模板类），该类重载了指针的运算，例如：->、*、++、--等等，形象的称呼“智能指针”
1.1.3 C++提供的智能指针有四个：用于管理裸指针申请的堆空间
shared_ptr：共享指针
weak_ptr：弱指针
unique_ptr：唯一指针
C++11标准舍弃：auto_ptr：自动指针
2 shared_ptr共享指针
2.1 知识点
该指针可以允许其它多个智能指针一起管理同一块内存空间
如何使用：
创建共享指针，共享指针会有两个空间，一个空间是管理的堆空间，另外一个空间是存放计数值
计数值：
共享指针引入的引用计数机制，计数值里存放的是有多少个智能指针管理同一块堆空间，即新增一个智能指针管理堆空间，那么引用计数+1，减少一个智能指针管理堆空间，那么引用计数-1
方法：
注：多个共享指针使用同一个引用计数空间
share1.use_count（）//查看引用计数值
share1.swap(share4);//交换管理的空间
share1.reset();//释放管理权
get（）//获取所管理的堆空间的地址
shared_ptr.cpp
#include "iostream"
using namespace std;
//智能指针shared_ptr（共享智能指针）
int main()
{
int* p = new int(10);//使用裸指针开辟的堆空间
int* q = new int(50);
//将我们开辟的指针p指向的空间 交给共享智能指针share1来管理
shared_ptr share1(p);
shared_ptrshare2 = share1;//share2也来管理p指针指向的空间
shared_ptrshare3(share1);//拷贝构造函数
shared_ptr share4(q);//share4也来管q指针指向的空间
cout << "引用计数值：" << share1.use_count() << endl; //3
cout << endl;
cout << "空间中的值：" << *share1 << endl;
cout << endl;
//查看空间地址
cout << "share1管理空间的地址：" << share1 << endl;
cout << "share2管理空间的地址：" << share2 << endl;
cout << "share3管理空间的地址：" << share3 << endl;
cout << "p指向空间的地址：" << p << endl;
cout << endl;
//.get()也可以查看管理的地址
cout << "share1管理空间的地址：" << share1.get() << endl;
cout << "share2管理空间的地址：" << share2.get() << endl;
cout << "share3管理空间的地址：" << share3.get() << endl;
cout << "p指向空间的地址：" << p << endl;
cout << endl;
//交换两个共享指针所管理的堆空间权力
cout << "share1管理空间的地址：" << share1.get() << endl;
cout << "share4管理空间的地址：" << share4.get() << endl;
cout << endl;
share1.swap(share4);//交换管理的空间
cout << "share1管理空间的地址：" << share1.get() << endl;
cout << "share4管理空间的地址：" << share4.get() << endl;
cout << endl;
//释放堆空间的管理权
share1.reset();//释放管理权,这里释放的share1是q的空间权力，因为我们前面交换了share1和share4的管理的空间
cout << "share1管理空间的地址：" << share1.get() << endl;
cout << endl;
cout << "引用计数值：" << share2.use_count() << endl; //3
return 0;
}
2.2 管理自定义类型
//智能指针shared_ptr（共享智能指针），管理自定义类型
class People {
public:
int number = 5;
};
int main()
{
People* people = new People;//将类的实例开辟在堆上
shared_ptr share1(people);
cout << "number的值为：" << share1->number << endl;
return 0;
}
2.3 手动实现shared_ ptr共享指针
例如:
解引用
取成员操作
引用计数操作等
myself_shared_ptr.cpp
#include "iostream"
using namespace std;
// 手动实现shared_ ptr共享指针
//例如:
//解引用
//取成员操作
//引用计数操作等
class People {
public:
int num = 123;
};
template class share_ptr {
public:
share_ptr(T* data) {//构造函数
this->ptr = data;
refCount = new int(1);
}
//重载* 解引用操作
T operator * () {
return *ptr;
}
//重载取成员操作
T* operator ->() {
return ptr;
}
// 引用计数操作
int use_count() const {
return *refCount;//返回计数值
}
// 拷贝构造函数
share_ptr(const share_ptr& other)
{
ptr = other.ptr;
refCount = other.refCount;
(*other.refCount)++; // 引用计数加 1
}
// 重载赋值运算符 //传入要赋值的对象
void operator =(const share_ptr& other)
{
// 防止自赋值
if (this != &other)
{
// 释放资源
ptr = other.ptr;
refCount = other.refCount;
(*other.refCount)++; // 引用计数加 1
}
}
// 释放资源
void my_release()
{
(*refCount)--;
if (*refCount == 0)
{
delete ptr;
delete refCount;
}
}
//析构函数
~share_ptr() {
my_release();
}
T* ptr; //存储要管理的对象空间
int* refCount; //计数值
};
int main()
{
int* p = new int(22);
share_ptr share1(p);
cout << "值为：" << *share1 << endl;
cout << "引用计数值为：" << share1.use_count() << endl;
People* people = new People;
share_ptr share2(people);
cout << "people类的num值为：" << share2->num << endl;
cout << "引用计数值为：" << share2.use_count() << endl;
//调用拷贝构造函数
share_ptr share3(share1);
cout << "引用计数值为：" << share1.use_count() << endl;
//调用释放函数
share3.my_release();
cout << "引用计数值为：" << share1.use_count() << endl;
share_ptr share4 = share1;
share_ptr share5 = share1;
cout << "引用计数值为：" << share1.use_count() << endl; //3
//调用释放函数
share4.my_release();
cout << "引用计数值为：" << share1.use_count() << endl;//2
return 0;
}
3 weak_ptr弱指针
weak_ptr提出是辅助shared_ptr使用
问题：
使用共享指针会造成资源被相互占用，而得不到释放的问题
提出：
弱指针来解决该问题
3.1 问题引入
weak_ptr.cpp
#include "iostream"
using namespace std;
//先演示shared_ptr指针的问题
class Person;//提前声明以下Person类防止，报未定义错误（以为我们在people中使用了Person类）
class People {
public:
shared_ptr share1;
~People() {
cout << "释放People的资源" << endl;
}
};
class Person {
public:
shared_ptr share2;
~Person() {
cout << "释放Person的资源" << endl;
}
};
int main()
{
//实例化两个对象
People* people = new People;
Person* person = new Person;
//时share11 share22分别管理对应的空间
shared_ptr share11(people);//管理people
shared_ptr share22(person);//管理person
//接着给对象中的属性赋值，使其属性也管理相应的空间
people->share1 = share22;//使people中的share1属性管理person空间
person->share2 = share11;//使person中的share2属性管理people空间
//2 ,并且两个类的析构函数都没调用，空间没有得到释放
//这是因为在类中share1管理了person空间， 而share2有管理了people空间，双方都在等待对方使用完成后释放空间
//两个对象相互持有彼此的 shared_ptr，导致了循环引用，从而阻止了析构函数的调用。
cout << "引用计数值：" << share11.use_count() << endl;
return 0;
}
问题：
两个类的析构函数都没调用，空间没有得到释放
这是因为在类中share1管理了person空间， 而share2有管理了people空间，双方都在等待对方使用完成后释放空间，两个对象相互持有彼此的 shared_ptr，导致了循环引用，从而阻止了析构函数的调用。
问题解析：
即当 People 类的 shared_ptr 指向的 Person 对象超出作用域时，Person 类的 shared_ptr 也
会因为指向 People 对象而保持有效。这导致了一种看似超出作用域但实际上引用计数不为零
的情况，从而阻止了对象的析构。
具体来说，在你的代码中，当 People 类的 shared_ptr 被销毁时，它会尝试释放 Person 对
象。但由于 Person 对象的 shared_ptr 仍然持有对 People 对象的引用，因此 Person 对象并
不会真正释放。同样，当 Person 类的 shared_ptr 被销毁时，它会尝试释放 People 对象，但
由于 People 对象的 shared_ptr 仍然持有对 Person 对象的引用，所以 People 对象也不会真
正释放。
（以上讲人话就是，person要释放空间，但是people还管理person呢，他就认为自己可能还活着，反过来就是people要释放空间，但是person还管理people呢，他也认为自己还活着，所以导致都释放不了空间）
3.2 问题解决---使用weak_ptr
使用 weak_ptr 可以解决这个问题，因为 weak_ptr 不会增加引用计数，它可以观察 shared_ptr 而不影响对象的生命周期。这样，当最后一个 shared_ptr 超出作用域时，对象的引用计数会减少到零，从而正确地触发析构函数。
weak_ptr.cpp
//weak_ptr弱指针，来解决上述问题
class Person;//提前声明以下Person类防止，报未定义错误（以为我们在people中使用了Person类）
class People {
public:
weak_ptr share1;
~People() {
cout << "释放People的资源" << endl;
}
};
class Person {
public:
weak_ptr share2;
~Person() {
cout << "释放Person的资源" << endl;
}
};
int main()
{
//实例化两个对象
People* people = new People;
Person* person = new Person;
//时share11 share22分别管理对应的空间
shared_ptr share11(people);//管理people
shared_ptr share22(person);//管理person
//接着给对象中的属性赋值，使其属性也管理相应的空间
people->share1 = share22;//使people中的share1属性管理person空间
person->share2 = share11;//使person中的share2属性管理people空间
cout << "引用计数值：" << share11.use_count() << endl;
return 0;
}
空间得到正确释放
3.3 weak_ptr的使用
切记weak_ptr不会是计数空间增加
weak.expired()
检查 weak 是否已经过期。如果 weak 过期，意味着它不再管理任何资源，即 shared_ptr 已经释放了它所持有的资源。
weak.lock()
weak_ptr 的 lock 方法用于尝试将 weak_ptr 转换为 shared_ptr，如果转换成功，它会返 回一个指向相同资源的 shared_ptr，否则返回一个空指针。
weak_ptr.cpp
//weak_ptr弱指针基本使用
class People {
public:
~People() {
cout << "释放People的资源" << endl;
}
};
int main()
{
//实例化两个对象
People* people = new People;
//时share11 share22分别管理对应的空间
shared_ptr share11(people);//管理people
weak_ptrweak = share11;//weak_ptr不会是计数空间增加
cout << "引用计数值：" << share11.use_count() << endl; //1
//通过调用 expired 方法来检查 weak 是否已经过期。如果 weak 过期，
// 意味着它不再管理任何资源，即 shared_ptr 已经释放了它所持有的资源。
if (weak.expired())
{
cout << "资源空间已被释放" << endl;
}
//尝试从 weak 中获取一个有效的 shared_ptr。如果 weak 仍然管理着资源（People 对象），则返回一个指向该资源的 shared_ptr。
//如果 weak 不再管理资源（资源已被释放或 weak 已经过期），则返回一个空指针。
shared_ptrshare5=weak.lock();//注意这里计数空间+1
if (share5 == nullptr)
{
cout << "没有管理任何堆空间" << endl;
}
cout << "引用计数值：" << share11.use_count() << endl;//2
return 0;
}
4. unique_ptr 唯一指针
称为“独占式指针”，用unique_ptr去管理空间，那么只允许一个智能指针管理一个空间
确保同一时间只有一个 unique_ptr 可以拥有对对象的所有权。
由于 unique_ptr 拥有独特的所有权，它不支持拷贝语义
weak_ptr.cpp
//unique_ptr 唯一指针
int main()
{
int* p = new int(50);
unique_ptr unique1(p);
//unique_ptr unique2(unique1);//报错，unique_ptr只允许一个管理
//unique_ptr unique2 = unique1;//报错，unique_ptr只允许一个管理
cout << *unique1 << endl;
cout << "p的地址" << p << endl;
cout << "unique1管理的地址" << unique1 << endl;
return 0;
}
