C++关于智能指针的一些常见问题
首先解释指针和引用在C++中都用于间接访问变量，但它们有一些区别：
1. 指针是一个变量，它保存了另一个变量得内存地址；引用是另一个变量的别名，与原变量共享内存地址。
2. 指针可以被重新赋值，指向不同的变量；引用在初始化后不能更改，始终指向同一个变量。
3. 指针可以为nullptr，表示不指向任何变量；引用必须绑定到一个变量，不能为nullptr。
4. 使用指针需要对其进行解引用以获取或修改其指向的变量的值；引用可以直接使用，无需解引用。
在汇编层面来看 引用会被C++编译器当做const指针来进行操作。
RAII（Resource Acquisition Is Initialization）是由C++之父Bjarne Stroustrup提出的，中文翻译为资源获取即初始化，他说：使用局部对象来管理资源的技术称为资源获取即初始化；
这里的资源主要是指操作系统中有限的东西如指针内存、网络套接字、文件等等，局部对象是指存储在栈的对象，它的生命周期是由操作系统来管理的，无需人工介入。
C/C++常见的内存错误
在C/C++中，使用指针会出现各种问题，比如：
- 野指针：未初始化或已经被释放的指针被称为野指针
- 空指针：指向空地址的指针被称为空指针
- 内存泄露：如果在使用完动态分配的内存后忘记释放，就会造成内存泄露，长时间运行的程序可能会消耗大量内存
- 悬空指针：指向已经释放的内存的指针被称为悬空指针
- 内存泄露和悬空指针的混合：在一些情况下，由于内存泄露和悬空指针共同存在，程序可能会出现异常行为
智能指针
智能指针是一种可以自动管理内存的指针，它可以在不需要手动释放内存的情况下，确保对象正确地销毁。
这种指针可以显著降低程序中的内存泄露和悬空指针的风险。
智能指针的核心思想就是RAII
在C++中主要有两种智能指针
std::unique_ptr
std::shared_ptr
std::unique_ptr
std::unique_ptr是一个独占所有权的智能指针，它保证指向的内存只能有一个unique_ptr拥有，不能共享所有权。
std::shared_ptr
std::shared_ptr是一个共享所有权的智能指针，它允许多个shared_ptr指向同一个对象，当最后一个shared_ptr超出超出作用域时，所指向的内存才会被自动释放。
shared_ptr通过引用计数来记录有多少个shared_ptr共享同一个对象。
#include
#include
class MyClass {
public:
MyClass() { std::cout << "MyClass 构造函数\n"; }
~MyClass() { std::cout << "MyClass 析构函数\n"; }
void do_something() { std::cout << "MyClass::do_something() 被调用\n"; }
};
int main() {
{
std::shared_ptr ptr1 = std::make_shared();
{
std::shared_ptr ptr2 = ptr1; // 这里共享 MyClass 对象的所有权
ptr1->do_something();
ptr2->do_something();
std::cout << "ptr1 和 ptr2 作用域结束前的引用计数: " << ptr1.use_count() << std::endl;
} // 这里 ptr2 被销毁，但是 MyClass 对象不会被删除，因为 ptr1 仍然拥有它的所有权
std::cout << "ptr1 作用域结束前的引用计数: " << ptr1.use_count() << std::endl;
} // 这里 ptr1 被销毁，同时 MyClass 对象也会被删除，因为它是最后一个拥有对象所有权的 shared_ptr
return 0;
}
MyClass 构造函数
MyClass::do_something() 被调用
MyClass::do_something() 被调用
ptr1 和 ptr2 作用域结束前的引用计数: 2
ptr1 作用域结束前的引用计数: 1
MyClass 析构函数
shared_ptr的double free问题
double free 问题就是一块内存空间或者资源被释放两次。那么为什么会释放两次呢？
double free 可能是下面这些原因造成的：
- 直接使用原始指针创建多个 shared_ptr，而没有使用 shared_ptr 的 make_shared 工厂函数，从而导致多个独立的引用计数。
- 循环引用，即两个或多个 shared_ptr 互相引用，导致引用计数永远无法降为零，从而无法释放内存。
解决 shared_ptr double free 问题的方法：
- 使用 make_shared 函数创建 shared_ptr 实例，而不是直接使用原始指针。这样可以确保所有 shared_ptr 实例共享相同的引用计数。
- 对于可能产生循环引用的情况，使用 weak_ptr。weak_ptr 是一种不控制对象生命周期的智能指针，它只观察对象，而不增加引用计数。这可以避免循环引用导致的内存泄漏问题。
shared_ptr 常用 API
shared_ptr
std::shared_ptr ptr;
make_shared
std::shared_ptr ptr = std::make_shared(42);
reset()：释放当前 shared_ptr 的所有权，将其设置为 nullptr。如果当前 shared_ptr 是最后一个拥有对象所有权的智能指针，则会删除对象。
ptr.reset();
reset(T*)：释放当前 shared_ptr 的所有权，并使其指向新的对象。如果当前 shared_ptr 是最后一个拥有对象所有权的智能指针，则会删除原对象。
ptr.reset(new int(42));
get()：返回指向的对象的裸指针。注意，这个裸指针的生命周期由 shared_ptr 管理，你不应该使用它来创建另一个智能指针。
int* raw_ptr = ptr.get();
operator* 和 operator->：访问指向的对象。
int value = *ptr;
std::shared_ptr> vec_ptr = std::make_shared>();
vec_ptr->push_back(42);
use_count()：返回当前 shared_ptr 的引用计数，即有多少个 shared_ptr 共享同一个对象。注意，use_count() 通常用于调试，不应该用于程序逻辑。
size_t count = ptr.use_count();
unique()：检查当前 shared_ptr 是否是唯一拥有对象所有权的智能指针。等价于 use_count() == 1。
bool is_unique = ptr.unique();
swap(shared_ptr&)：交换两个 shared_ptr 的内容。
std::shared_ptr ptr1 = std::make_shared(42);
std::shared_ptr ptr2 = std::make_shared(24);
ptr1.swap(ptr2);
operator bool()：将 shared_ptr 隐式转换为 bool 类型，用于检查其是否为空。
if (ptr) {
std::cout << "ptr 不为空" << std::endl;
} else {
std::cout << "ptr 为空" << std::endl;
}文章参考
作者: 编程指北
链接: https://csguide.cn/cpp/memory/shared_ptr.html#shared-ptr-%E7%9A%84%E4%BD%BF%E7%94%A8
来源: https://csguide.cn