C++智能指针

c++智能指针

提出的本意是内存泄漏的背景，不想手动去管理内存，交给一个类去管理，当类离开自身的作用域时会自动调用析构函数，释放已经申请的内存。

auto_ptr

所有的智能指针类均被定义在 memory 头文件中

以下是两个基本的初始化方式：

// 方式 1
std::auto_ptr sp1(new int(1));
// 方式 2
std::auto_ptr sp2;
sp2.reset(new int(1));

智能指针（smart pointer）sp1 和 sp2 均持有一个在堆上分配的 int 对象，值都是 1，这两块堆内存都在 sp1 和 sp2 释放时得到释放。

缺点（被废弃的原因）：

当复制一个 auto_ptr 对象时（拷贝构造或者拷贝复制时），原 auto_ptr 对象所持有的堆内存对象也会被转移给复制出来的新的 auto_ptr 对象，例如：

std::auto_ptr sp1(new int(1));
std::auto_ptr sp2(sp1);   // 此时利用拷贝构造，sp1 持有的堆对象被转移给 sp2 了
std::auto_ptr sp3(new int(1));
std::auto_ptr sp4;
sp4 = sp3;    // 此时利用拷贝赋值，sp3 持有的堆对象被转移给 sp4 了

unique_ptr

为了弥补上述 auto_ptr 的缺点，提出 unique_ptr，这种 sp 对其持有的堆内存具有唯一的拥有权，也就是说该 sp 堆资源的引用计数永远是 1

三个基本的初始化方式

// 方式 1
std::unique_ptr sp1(new int(2));
// 方式 2
std::unique_ptr sp2;
sp2.reset(new int(2));
// 方式 3
std::unique_ptr sp3 = std::make_unique(2);  // 推荐使用，更加的安全

当采用了以下 unique_ptr 核心源码后：

template 
class unique_ptr {
// 其它代码省略
public:
    // 移动构造函数
    unique_ptr(unique_ptr& rhs) {
        this->m_pT = rhs.m_pT;
        // 源对象释放
        rhs.m_pT = nullptr;
    }
    // 移动赋值
    unique_ptr& operator=(unique_ptr& rhs) {
        this->m_pT = rhs.m_pT;
        // 源对象释放
        rhs.m_pT = nullptr;
        return *this;
    }
    // 拷贝构造函数和赋值运算符被标记为 delete
    unique_ptr(const unique_ptr&) = delete;
    unique_ptr& operator=(const unique_ptr&) = delete;
private:
    T* m_pT;
};

再测试：

std::unique_ptr sp1(std::make_unique(3));
// 以下代码无法通过编译
std::unique_ptr sp2(sp1); // 无法通过编译
std::unique_ptr sp3;
sp3 = sp1; // 无法通过编译
​
// 以下可以通过编译且成功运行
std::unique_ptr sp4(std::make_unique(4));
std::unique_ptr sp5(std::move(sp4));// 调用移动构造函数
std::unique_ptr sp6;
sp6 = std::move(sp5);// 调用移动赋值函数

shared_ptr

与 unique_ptr 对其持有的资源具有独占性不同的是，shared_ptr 持有的资源可以在多个 shared_ptr 之间共享，每多一个 shared_ptr 对资源的引用，资源的引用计数就会增加 1，在每一个指向该资源的 shared_ptr 对象析构时，资源的引用计数都会减少 1，最后一个 shared_ptr 对象析构时，若发现资源引用计数为 0，则将释放其持有的资源。

三个基本的初始化方式

// 方式 1
std::shared_ptr sp1(new int(5));
// 方式 2
std::shared_ptr sp2;
sp2.reset(new int(5));
// 方式 3
std::shared_ptr sp3;
sp3 = std::make_shared(5);  // 推荐使用

可以使用 use_count() 方法来获取当前管理的资源的引用计数，使用 reset() 方法来释放对当前管理的资源的引用。

以下为 shared_ptr 的一种实现:

/* 智能指针 sharedPtr 实现 */
template 
class sharedPtr {
public:
    sharedPtr(T* ptr = nullptr) : _ptr(ptr), _refCount(new int(1)) {}
    // 拷贝构造
    sharedPtr(const sharedPtr& other) : _ptr(other._ptr), _refCount(other._refCount) {
        (*_refCount)++;
    }
    // 拷贝赋值
    sharedPtr& operator=(const sharedPtr& other) {
        // 防止自己给自己赋值
        if (this != &other) {
            // 原本只剩我一个指向的时候，释放原本的指向
            if (--(*(this->_refCount)) == 0) {
                delete this->_ptr;
                delete this->_refCount;
            }
            _ptr = other._ptr;
            _refCount = other._refCount;
            *(_refCount)++;
        }
        return *this;
    }
    // 重载解引用
    T& operator*() {
        return *(this->_ptr);
    }
​
    // 重载箭头
    T* operator->() {
        return this->_ptr;
    }
​
    ~sharedPtr() {
        --(*this->_refCount);
        if (this->_refCount == 0) {
            delete _ptr;
            delete _refCount;
            _ptr = nullptr;
            _refCount = nullptr;   
        }
    }
​
private:
    T* _ptr;
    int* _refCount; /* 所有指向该对象的指针指向同一个计数器 */
};

weak_ptr

weak_ptr 是一个不控制资源资源生命周期的智能指针，是对对象的一种弱引用，只提供了对其管理的资源的一个访问手段，引入它的目的是协助 shared_ptr 工作。

weak_ptr 可以从一个 shared_ptr 或另一个 weak_ptr 对象构造，shared_ptr 可以直接赋值给 weak_ptr，也可以通过 weak_ptr 的 lock 函数来获得 shared_ptr。weak_ptr 的构造和析构不会引起引用计数的增加或减少，可用来解决 shared_ptr 相互引用时出现的死锁问题。

因为无论通过哪种方式来创建 weak_ptr，都不会增加资源的引用计数，所以当我们用 weak_ptr 来引用资源时，需要采用 expired 方法来检测引用的资源是否有效， 方法返回 true 说明其引用的资源已经失效，返回 false 说明该资源仍然有效。