c++11 智能指针

智能指针介绍

C++里面的四个智能指针: auto_ptr, unique_ptr,shared_ptr, weak_ptr 其中后三个是C++11支持，并且第一个已经被C++11弃用。
智能指针主要用于管理在堆上分配的内存，它将普通的指针封装为一个栈对象。当栈对象的生存周期结束后，会在析构函数中释放掉申请的内存，从而防止内存泄漏。C++ 11中最常用的智能指针类型为shared_ptr,它采用引用计数的方法，记录当前内存资源被多少个智能指针引用。该引用计数的内存在堆上分配。当新增一个时引用计数加1，当过期时引用计数减一。只有引用计数为0时，智能指针才会自动释放引用的内存资源。对shared_ptr进行初始化时不能将一个普通指针直接赋值给智能指针，因为一个是指针，一个是类。可以通过make_shared函数或者通过构造函数传入普通指针。并可以通过get函数获得普通指针。

1 auto_ptr

（C++98的方案，C++11已经抛弃）采用所有权模式。auto_ptr采用copy语义来转移指针资源，转移指针资源的所有权的同时将原指针置为NULL。

auto_ptr p1 (new string ("I reigned lonely as a cloud.")); 
auto_ptr p2; 
p2 = p1; //auto_ptr不会报错.

此时不会报错，p2剥夺了p1的所有权，但是当程序运行时访问p1将会报错。此时p1已经没有所指向的内存的所有权，所以auto_ptr的缺点是：存在潜在的内存崩溃问题！

2 unique_ptr

（替换auto_ptr）unique_ptr实现独占式拥有概念，保证同一时间内只有一个智能指针可以指向该对象。

unique_ptr p3 (new string ("auto"));   //#4
unique_ptr p4；                       //#5
p4 = p3;//此时会报错！！

编译器认为p4=p3非法，避免了p3不再指向有效数据的问题。尝试复制p3时会编译期出错，而auto_ptr能通过编译期从而在运行期埋下出错的隐患。因此，unique_ptr比auto_ptr更安全。

如果确实想执行安全的重用这种指针，可给它赋新值。C++有一个标准库函数std::move()，让你能够将一个unique_ptr赋给另一个。尽管转移所有权后，还是有可能出现原有指针调用（调用就崩溃）的情况。但是这个语法能强调你是在转移所有权，让你清晰的知道自己在做什么，从而不乱调用原有指针。unique_ptr删除了拷贝构造函数，保留了移动构造函数。

    unique_ptr ps1(new string ("hello world"));
    unique_ptr ps2;
    ps2 = move(ps1);
    cout << *ps2 << endl;   //hello world!
    cout << *ps1 << endl;   //异常

3 shared_ptr

shared_ptr实现共享式拥有概念。多个智能指针可以指向相同对象，该对象和其相关资源会在“最后一个引用被销毁”时候释放。从名字share就可以看出了资源可以被多个指针共享，当执行拷贝和赋值操作时，引用计数加1，它使用计数机制来表明资源被几个指针共享。可以通过成员函数use_count()来查看资源的所有者个数。当我们调用release()时，当前指针会释放资源所有权，计数减一。当计数等于0时，资源会被释放。
shared_ptr 是为了解决 auto_ptr 在对象所有权上的局限性(auto_ptr 是独占的), 在使用引用计数的机制上提供了可以共享所有权的智能指针。

成员函数：

• use_count 返回引用计数的个数
• unique 返回是否是独占所有权( use_count 为 1)
• swap 交换两个 shared_ptr 对象(即交换所拥有的对象)
• reset 放弃内部对象的所有权或拥有对象的变更, 会引起原有对象的引用计数的减少
• get 返回内部对象(指针), 由于已经重载了()方法, 因此和直接使用对象是一样的.如

int main()
{
    string *s1 = new string("s1");

    shared_ptr ps1(s1);
    shared_ptr ps2;
    ps2 = ps1;

    cout << ps1.use_count() << endl;  //2
    cout << ps2.use_count() << endl;  //2
    cout << ps1.unique() << endl; //0

    string *s3 = new string("s3");
    shared_ptr ps3(s3);

    cout << ps1.get() << endl;    //033AEB48
    cout << ps3.get() << endl;    //033B2C50
    swap(ps1, ps3); //交换所拥有的对象
    cout << ps1.get() << endl;  //033B2C50
    cout << ps2.get() << endl;  //033AEB48
    cout << ps3.get() << endl;  //033AEB48

    cout << ps1.use_count() << endl;    //1
    cout << ps2.use_count() << endl;    //2
    ps2 = ps1;
    cout << ps1.use_count() << endl;    //2
    cout << ps2.use_count() << endl;    //2
    ps1.reset();    //放弃ps1的拥有权，引用计数的减少
    cout << ps1.use_count() << endl;  //0
    cout << ps2.use_count() << endl;  //1
}

4 weak_ptr

share_ptr虽然已经很好用了，但是有一点share_ptr智能指针还是有内存泄露的情况，当两个对象相互使用一个shared_ptr成员变量指向对方，会造成循环引用，使引用计数失效，从而导致内存泄漏。

weak_ptr 是一种不控制对象生命周期的智能指针, 它指向一个 shared_ptr 管理的对象. 进行该对象的内存管理的是那个强引用的shared_ptr， weak_ptr只是提供了对管理对象的一个访问手段。weak_ptr 设计的目的是为配合 shared_ptr 而引入的一种智能指针来协助 shared_ptr 工作, 它只可以从一个 shared_ptr 或另一个 weak_ptr 对象构造, 它的构造和析构不会引起引用记数的增加或减少。weak_ptr是用来解决shared_ptr相互引用时的死锁问题,如果说两个shared_ptr相互引用,那么这两个指针的引用计数永远不可能下降为0,资源永远不会释放。它是对对象的一种弱引用，不会增加对象的引用计数，和shared_ptr之间可以相互转化，shared_ptr可以直接赋值给它，它可以通过调用lock函数来获得shared_ptr。

class B;    //声明
class A
{
public:
    shared_ptr pb_;
    //weak_ptr pb_;
    ~A()
    {
        cout << "A delete\n";
    }
};

class B
{
public:
    shared_ptr pa_;
    ~B()
    {
        cout << "B delete\n";
    }
};

void fun()
{
    shared_ptr pb(new B());
    shared_ptr pa(new A());
    cout << pb.use_count() << endl; //1
    cout << pa.use_count() << endl; //1
    pb->pa_ = pa;
    pa->pb_ = pb;
    cout << pb.use_count() << endl; //2
    cout << pa.use_count() << endl; //2
}

int main()
{
    fun();
    return 0;
}

可以看到fun函数中pa ，pb之间互相引用，两个资源的引用计数为2，当要跳出函数时，智能指针pa，pb析构时两个资源引用计数会减1，但是两者引用计数还是为1，导致跳出函数时资源没有被释放（A、B的析构函数没有被调用）运行结果没有输出析构函数的内容，造成内存泄露。如果把其中一个改为weak_ptr就可以了，我们把类A里面的shared_ptr pb_，改为weak_ptr pb_ ，运行结果如下：

1
1
1
2
B delete
A delete

这样的话，资源B的引用开始就只有1，当pb析构时，B的计数变为0，B得到释放，B释放的同时也会使A的计数减1，同时pa析构时使A的计数减1，那么A的计数为0，A得到释放。

注意：我们不能通过weak_ptr直接访问对象的方法，比如B对象中有一个方法print()，我们不能这样访问，pa->pb_->print()，因为pb_是一个weak_ptr，应该先把它转化为shared_ptr，如：

shared_ptr p = pa->pb_.lock();
p->print();