[C++] 智能指针(shared_ptr、unique_ptr)

📢前言

      智能指针是行为类似于指针的类对象，单这种对象还有其他功能。本文介绍三个可帮助管理动态内存分配的智能指针类。先来看看需要哪些功能以及这些功能是如何实现的。请看下面的函数：

void remodel(std::string & str)
{
    std::string * ps = new std::string(str);
    ...
    str = ps;
    return;
}

      您可能发现了其中的缺陷。每当调用时，该函数都分配堆中的内存，单从不回收，从而导致内存泄漏。您可能也知道解决之道——只要别忘了在return语句前添加下面的语句，以释放分配的内存即可：

delete ps;

      然而，但凡涉及“别忘了”的解决方法，很少是最佳的。因为您有时可能忘了，有时可能记住了，但可能在不经意间深处或注释掉了这些代码。即使确实没有忘记，也可能有问题。请看下面的变体：

void remodel(std::string & str)
{
    std::string * ps = new std::string(str);
    ...
    if (weird_thing())
        throw exception();
    str = *ps;
    delete ps;
    return;
}

      当出现异常时，delete将不被执行，因此也将导致内存泄漏。

      如果ps有一个析构函数，该析构函数将在ps过期时释放它指向的内存，那么问题就解决了。因此，ps的问题在于，它只是一个常规指针，不是有析构函数的类对象。如果它是对象，则可以在对象过期时，让它的析构函数删除指向的内存。这正式auto_ptr、unique_ptr和shared_ptr背后的思想。模板shared_ptr允许多个指针指向同一个对象，unique_ptr独占一个对象。定义在meory头文件中。模板auto_ptr是C++98提供的解决方案，C++11已将其摒弃。然而，虽然auto_ptr被摒弃，单它已经使用了多年；同时，如果您的编译器不支持其他两中解决方法，auto_ptr将是唯一的选择方案。

总结：为什么使用智能指针？

      new申请动态内存，delete释放动态内存，注意有new必须要有相应的delete删除内存，不然会产生内存泄漏问题。为了解决这种内存泄漏问题，标准库包含两种智能指针（unique_ptr和shared_ptr），其可以自动释放内存。

✨动态内存与智能指针

      这三个只能指针模板（auto_ptr/unique_ptr和shared_ptr）都定义了类似指针的对象，可以将new或make_shared获得（直接或间接）的地址赋给这种对像。当只能指针过期时，其析构函数将使用delete来释放内存。因此，如果将new或make_shared返回的地址赋给这些对像，将无需记住稍候释放这些内存：在智能指针过期时，这些内存将自动被释放。

💫智能指针—shared_ptr

定义shared_ptr，定义和其它的模板类似，需要使用<>，默认初始化时会产生空指针。

shared_ptr<int>p1;        //p1为指针，指向string类型
shared_ptr<vector<int>>p2;//p2为指针，指向int的vector

一、分配和使用动态内存的方法：

1）使用new返回地址

std::shared_ptr<Test> p(new Test);

      很显然这段代码会引起一个内存分配，但实际上是有两次内存分配。条款19解释了每个std::shared_ptr会指向一个控制块，这个控制块除了其他一些东西，包含了所指对象的引用计数。控制块的内存分配是在std::shared_ptr的构造函数中进行的。这样直接用new需要为Widget来分配一次内存，还要为控制块再分配一次内存。

2）使用std::make_shared来代替new返回地址

std::shared_ptr<Test> p = std::make_shared<Test>();

      这样一次内存分配就足够了。那是因为std::make_shared会分配一块独立的内存既保存Widget对象又保存控制块。 这个优化减小了程序的静态尺寸，因为代码只包含一次内存分配的调用，同时增加了代码执行速度，因为只有一次内存分配。

总结：make_shared要优于使用new，make_shared可以一次将需要内存分配好，返回一个shared_ptr指针。在memory中定义，是最安全的分配和使用动态内存的方法。

注：要创建智能指针对象，必须包含头文件memory，该文件模板定义。然后使用通常的模板语法来实例化所需类型的指针。

此外，智能指针有一个get函数，可以得到shared_ptr指向对象的内置指针。

std::shared_ptr<int>p(new int(2));
int *q=p.get();//q为一个内置指针，指向和p同一个对象，注意不要delete q

💥智能指针—unique_ptr

和shared_ptr不同，unique_ptr拥有它所有的唯一对象，这样就保证unique_ptr被销毁时，其对象也会被销毁。

只能使用new进行直接初始化，不支持普通拷贝和赋值。

std::unique_ptr<int>p1(std::make_shared<int>(2));//直接初始化
std::unique_ptr<int>p2;
p2=p1;//错误，不能同时指向一个对象

但可以所有权转移，使用reset或release。

unique_ptr<int>p1(new int(2));
unique_ptr<int>p2(p1.release());//release会将p1置为空,就是切断p1和它对象的联系
unique_ptr<int>p3(new int(1));
p2.reset(p3.release());//将p3置空并转权给p2;

其他相关描述：C++智能指针shared_ptr、unique_ptr以及weak_ptr