智能指针小结

背景

    C++中智能指针的引入是为了解决裸指针编码中经常出现的内存泄漏，内存越界等问题。当出现这类问题时，查找原因往往费时费力，因此在实际工作中推荐使用智能指针而不是裸指针。

    在这里只简单介绍 C++/C++11标准库中的智能指针，包括 auto_ptr（C++11 已废弃）、unique_ptr、shared_ptr 和 weak_ptr。

    以下例子都是基于 vs 2013。

auto_ptr

    auto_ptr 是一个相对来说比较坑爹的指针指针，很容易误用。主要的坑爹点在于它对资源的所有权是独占的。因此下面的用法会直接导致程序崩溃：

运行到高亮的语句时崩溃

这个特性也就导致 auto_ptr 无法放入标准容器中，因为放入容器会出现拷贝行为。

另外 auto_ptr 无法指向数组，因为 auto_ptr 的析构函数只有 delete，没有 delete[]。

在 C++11 中，提供了 unique_ptr 来取代 auto_ptr。

unique_ptr

    unique_ptr 从名字上看，对资源的所有权也是独占的，但是它比 auto_ptr 安全的地方在于，赋值与复制构造函数是不被允许的，并且会被编译器识别。

代码中高亮的两句代码都会导致编译错误，这样就能防止无意识的赋值导致的智能指针失效的问题。

但是 unique_ptr 也是可以进行赋值与复制的，这里就要用到 C++11 的移动语意。

ptr3 与 ptr4 使用了 移动赋值与复制构造函数。

另外代码中 ptr 已经无效，再使用就会导致程序出现不可预料的后果。

利用转移语意，unique_ptr 可以放到标准容器中，但是不推荐这么做。

unique_ptr 可以通过 get 函数获取裸指针，对获取到裸指针一定要小心操作，因为当前 unique_ptr 指向了同一个资源。因此以下的代码会造成程序崩溃，因为 new 出来的内存被释放了两次。

std::unique_ptr ptr5(new int(6));

std::unique_ptr ptr6(ptr5.get());

针对 get 函数的问题，可以使用 release 函数解决：

std::unique_ptr ptr5(new int(6));

std::unique_ptr ptr6(ptr5.release());

调用 release 之后，ptr5.get() 的返回值就是 nullptr了，这样内存就不会被释放两次了。

shared_ptr

    shared_ptr 解决了 unique_ptr 对资源独占的问题。

    shared_ptr 的接口 use_count 能获取到当前对同一个资源的引用次数，当 use_count 为 0 时，get 函数的返回值也为 nullptr，表明之前由 shared_ptr 管理的资源已经被释放，无法继续使用。shared_ptr 还有 unique 接口，当 unique 接口返回值为 true，表明 use_count 值为 1。

    shared_ptr 的每次赋值与复制都会将内部的引用计数增加，从而可以方便地管理资源的生命周期，防止提前释放或内存泄漏的问题。

    在使用 shared_ptr 时需要主要，移动语意会导致原有的 shared_ptr 资源所有权的转移，而并非计数的增加。如下面的代码会导致程序访问空指针：

std::shared_ptr ptr(new int(4));

std::shared_ptr ptr3(std::move(ptr));

std::cout << *ptr << std::endl;

因为赋值与复制会导致 shared_ptr 引用计数增加，所以 shared_ptr 是一种强引用关系，很容易引起环形引用，导致内训泄漏。如此就引入了 weak_ptr。

weak_ptr

    shared_ptr 对 weak_ptr 的赋值不会导致 shared_ptr 计数的增加，同时 weak_ptr 的 use_count反应了 shared_ptr的计数。由于 weak_ptr 不会增加对资源的引用计数，因此不会出现环形引用的问题。

    weak_ptr 可以提升为 shared_ptr，如此能安全的使用资源。

注意点

    shared_ptr由于引用计数的使用，可以在一定范围内保证资源使用的线程安全，但是要注意 shared_ptr 的结构体本身并不是线程安全的，因此如果多个线程同时访问同一个 shared_ptr 结构体需要加锁使用。