C++智能指针

1.前言

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。

2.简介

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。

3.为什么使用智能指针

智能指针的作用是管理一个指针，因为存在以下这种情况：申请的空间在函数结束时忘记释放，造成内存泄漏。手动管理内存带来的更严重的问题是，内存究竟要由谁来分配和释放呢？指针的赋值将同一对象的引用散播到程序各处，但是该对象的释放却只能发生一次。当在代码中用完了一个资源指针，该不该释放 delete 掉它？这个资源极有可能同时被多个对象拥有着，而这些对象中的任何一个都有可能在之后使用该资源，其余指向这个对象的指针就变成了“野指针”；那如果不 delete 呢？也许你就是这个资源指针的唯一使用者，如果你用完不 delete，内存就泄漏了。

资源的拥有者是系统，当我们需要时便向系统申请资源，当我们不需要时就让系统自己收回去(Garbage Collection)。当我们自己处理的时候，就容易出现各种各样的问题。

使用智能指针可以很大程度上的避免这个问题，因为智能指针就是一个类，当超出了类的作用域是，类会自动调用析构函数，析构函数会自动释放资源。所以智能指针的作用原理就是在函数结束时自动释放内存空间，不需要手动释放内存空间。

4.share_ptr

所在头文件： #include <memory>
//初始化:
      int a = new int(100);
      std::shared_ptr ptr(a);

//      使用make_shared初始化
      std::shared_ptr<int> ptr1 = std::make_shared<int>(15);

//综合案例
#include <iostream>
#include <string>
#include <memory>

using namespace std;
class Test
{
public:
    Test(string name)
    {
        name_ = name;
        cout << this->name_ << "  constructor" << endl;
    }
    ~Test()
    {
        cout << this->name_ << "  destructor" << endl;
    }

    string name_;
};


int main()
{
    /* 类对象 原生指针构造 */
    shared_ptr<Test> pStr1(new Test("object"));
    cout << (*pStr1).name_ << endl;
    /* use_count()检查引用计数 */
    cout << "pStr1 引用计数：" << pStr1.use_count() << endl;

    shared_ptr<Test> pStr2 = pStr1;
    cout << (*pStr2).name_ << endl;
    cout << "pStr1 引用计数：" << pStr1.use_count() << endl;
    cout << "pStr2 引用计数：" << pStr2.use_count() << endl;
    
    /* 先new 一个对象，把原始指针传递给shared_ptr的构造函数 */
    int *pInt1 = new int(11);
    shared_ptr<int> pInt2(pInt1);

    /* unique()来检查某个shared_ptr 是否是原始指针唯一拥有者 */
    cout << pInt2.unique() << endl; //true 1
    /* 用一个shared_ptr对象来初始化另一个shared_ptr实例 */
    shared_ptr<int> pInt3(pInt2);
    cout << pInt2.unique() << endl; //false 0
    
    cout << pInt3.use_count() << endl;
    cout << pInt2.use_count() << endl;
    return 0;
}

结果：
object constructor
object 
pStr1 引用计数：1
object 
pStr1 引用计数：2
pStr2 引用计数：2
1
0
2
2
object destructor

//判断是否为NULL，可使用get函数
std::shared_ptr<int> ptr(new int(100));
if (ptr.get()) {
    std::cout << "ptr is not null" << std::endl;
} else {
    std::cout << "ptr is null" << std::enel;
}

#include <iostream>
#include <memory>
 
 
using namespace std;
 
class Student : public enable_shared_from_this<Student>
{
public:
        Student() {}
	~Student()
	{
		std::cout << "~Student被调用" << std::endl;	
	}
	std::shared_ptr<Student> getStudent()
	{
		return shared_from_this();	
	} 
	std::string name;
	void setName(std::string name);
	std::string getName();
};
 
void Student::setName(std::string name)
{
	this->name = name;	
}
 
std::string Student::getName()
{
	return name;	
}
 
int main()
{
	int *p = new int(10);	
	//std::shared_ptr<int> ptr = p;这样赋值是错误的额,只要是智能指针,这样直接用=赋值是有问题的必须std::shared_ptr<int> ptr(p);
	std::shared_ptr<int> ptr(p);
	std::shared_ptr<int> ptr1 = std::make_shared<int>(15);
	std::shared_ptr<int> ptr2(ptr1);
	//std::shared_ptr<int> ptr2 = ptr1;这样赋值是错误的,只要是智能指针,这样直接用=赋值是有问题的必须std::shared_ptr<int> ptr2(ptr1);
	std::cout << "ptr.use_count() is:" << ptr.use_count() << "  *ptr is:" << *ptr << std::endl;
	std::cout << "ptr1.use_count() is:" << ptr1.use_count() << "  *ptr1 is:" << *ptr1 << std::endl;
	std::cout << "ptr2.use_count() is:" << ptr2.use_count() << "  *ptr2 is:" << *ptr2 << std::endl;
	
	ptr2.reset();
	//这是时候ptr2已经销毁,指向的对象引用计数会减1,这个指针的不再指向任何对象,所以我们不能使用*ptr2了,下面一行代码使用肯定会报错,我先注释掉
	//std::cout << "ptr2.use_count() is:" << ptr2.use_count() << "*ptr2 is:" << *ptr2 << std::endl;
        std::cout << "ptr1.use_count() is:" << ptr1.use_count() << "   *ptr1 is:" << *ptr1 << std::endl;
	Student *stu = new Student();
	std::shared_ptr<Student> ptr_stu(stu);
	std::string name = "chenyu";
	ptr_stu->setName(name);
	std::string result = ptr_stu->getName();
        std::cout << "ptr_stu.use_count() is:" << ptr_stu.use_count() << std::endl;
	std::cout << "my name is:" << result << std::endl;
        return 0;
}

//结果为：
ptr.use_count() is:1  *ptr is:10
ptr1.use_count() is:2  *ptr1 is:15
ptr2.use_count() is:2  *ptr2 is:15
ptr1.use_count() is:1   *ptr1 is:15
ptr_stu.use_count() is:1
my name is:chenyu
~Student被调用

再来看两个例子：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <memory>
using namespace std;
class test 
{
public:
    test(int x_, int y_) : x(x_), y(y_) {}
    void show(void)
    {
        cout << "x: " << x << "   y: " << y << endl;
    }
    ~test()
    {
        cout << "leave" << endl;
    }
private:
    int x;
    int y;
};

int main()
{

{
    vector<shared_ptr<test>> sub;

    for(int i=0; i<10; i++)
    {
        shared_ptr<test> t(new test(i,i+1)); 
        sub.push_back(t); 
       //cout << "hello" << endl;
    }

    cout << "start" << endl;

    for(auto t : sub)
    {
        t->show();
    }
}

cout << "end" << endl;

}

运算结果为：

start
x: 0   y: 1
x: 1   y: 2
x: 2   y: 3
x: 3   y: 4
x: 4   y: 5
x: 5   y: 6
x: 6   y: 7
x: 7   y: 8
x: 8   y: 9
x: 9   y: 10
leave
leave
leave
leave
leave
leave
leave
leave
leave
leave
end

可以看到因为t被sub引用，所以用new申请的空间会在sub失效后释放掉

将中间的循环改为：

      shared_ptr<test> t(new test(i,i+1)); 
        //sub.push_back(t); 
      cout << "hello" << endl;

结果为：

hello
leave
hello
leave
hello
leave
hello
leave
hello
leave
hello
leave
hello
leave
hello
leave
hello
leave
hello
leave
start
end

因为t没有被引用，所以在每一次for循环就会释放空间