为什么C++要引入智能指针？
智能指针的引入是为了解决程序员动态分配内存后的删除十分麻烦的问题。简单的说就是解决堆栈内存泄露。
智能指针的作用:
理解智能指针需要从下面三个层次：
- 从较浅的层面看，智能指针是利用了一种叫做RAII（资源获取即初始化）的技术对普通的指针进行封装，这使得智能指针实质是一个对象，行为表现的却像一个指针。
- 智能指针的作用是防止忘记调用delete释放内存和程序异常的进入catch块忘记释放内存。另外指针的释放时机也是非常有考究的，多次释放同一个指针会造成程序崩溃，这些都可以通过智能指针来解决。
- 智能指针还有一个作用是把值语义转换成引用语义。C++和Java有一处最大的区别在于语义不同，在Java里面下列代码：
Animal a = new Animal();
Animal b = a;
你当然知道，这里其实只生成了一个对象，a和b仅仅是把持对象的引用而已。但在C++中不是这样，
Animal a;
Animal b = a;
这里却是就是生成了两个对象。
关于值语言参考这篇文章http://www.cnblogs.com/Solstice/archive/2011/08/16/2141515.html
智能指针有四种：shared_ptr、unique_ptr、weak_ptr，auto_ptr（已被弃用），均放在<memory>头文件中
shared_ptr：
shared_ptr多个指针指向相同的对象。shared_ptr使用引用计数，每一个shared_ptr的拷贝都指向相同的内存。每使用他一次，内部的引用计数加1，每析构一次，内部的引用计数减1，减为0时，自动删除所指向的堆内存。shared_ptr内部的引用计数是线程安全的，但是对象的读取需要加锁。
- 初始化。智能指针是个模板类，可以指定类型，传入指针通过构造函数初始化。也可以使用make_shared函数初始化。不能将指针直接赋值给一个智能指针，一个是类，一个是指针。例如std::shared_ptr<int> p4 = new int(1);的写法是错误的
- 拷贝和赋值。拷贝使得对象的引用计数增加1，赋值使得原对象引用计数减1，当计数为0时，自动释放内存。后来指向的对象引用计数加1，指向后来的对象。
- get函数获取原始指针
- 注意不要用一个原始指针初始化多个shared_ptr，否则会造成二次释放同一内存
- 注意避免循环引用，shared_ptr的一个最大的陷阱是循环引用，循环，循环引用会导致堆内存无法正确释放，导致内存泄漏。循环引用在weak_ptr中介绍。
int main() {
int a = 10;
shared_ptr<int> ptra = make_shared<int>(a);
shared_ptr<int> ptra2(ptra); //调用拷贝构造函数
cout << ptra.use_count() <<endl;
int b = 20;
int *pb = &a;
shared_ptr<int> ptrb = make_shared<int>(b);
ptra2 = ptrb; //赋值
pb = ptrb.get(); //获取原始指针
cout << ptra.use_count() << endl;
cout << ptrb.use_count() << endl;
}
//结果 2 1 2
unique_ptr：
unique_ptr“唯一”拥有其所指对象，同一时刻只能有一个unique_ptr指向给定对象（通过禁止拷贝语义、只有移动语义来实现）。相比与原始指针unique_ptr用于其RAII的特性，使得在出现异常的情况下，动态资源能得到释放。unique_ptr指针本身的生命周期：从unique_ptr指针创建时开始，直到离开作用域。离开作用域时，若其指向对象，则将其所指对象销毁(默认使用delete操作符，用户可指定其他操作)。unique_ptr指针与其所指对象的关系：在智能指针生命周期内，可以改变智能指针所指对象，如创建智能指针时通过构造函数指定、通过reset方法重新指定、通过release方法释放所有权、通过移动语义转移所有权。
int main() {
unique_ptr<int> uptr(new int(10)); //绑定动态对象
//unique_ptr<int> uptr2 = uptr; //不能赋值
//unique_ptr<int> uptr2(uptr); //不能拷贝
unique_ptr<int> uptr2 = move(uptr); //转换所有权
uptr2.release(); //释放所有权
}
weak_ptr：
weak_ptr是为了配合shared_ptr而引入的一种智能指针，因为它不具有普通指针的行为，没有重载operator*和->,它的最大作用在于协助shared_ptr工作，像旁观者那样观测资源的使用情况。weak_ptr可以从一个shared_ptr或者另一个weak_ptr对象构造，获得资源的观测权。但weak_ptr没有共享资源，它的构造不会引起指针引用计数的增加。使用weak_ptr的成员函数use_count()可以观测资源的引用计数，另一个成员函数expired()的功能等价于use_count()==0,但更快，表示被观测的资源(也就是shared_ptr的管理的资源)已经不复存在。weak_ptr可以使用一个非常重要的成员函数lock()从被观测的shared_ptr获得一个可用的shared_ptr对象， 从而操作资源。但当expired()==true的时候，lock()函数将返回一个存储空指针的shared_ptr。
int main() {
{
shared_ptr<int> sh_ptr = make_shared<int>(10);
cout << sh_ptr.use_count() <<endl;//1
weak_ptr<int> wp(sh_ptr);//weak_ptr没有共享资源，它的构造不会引起指针引用计数的增加
cout << wp.use_count() << endl;//1
cout << sh_ptr.use_count() << endl;//1
if (!wp.expired()) {
shared_ptr<int> sh_ptr2 = wp.lock(); //wp.lock()获得一个sh_ptr观测权去初始化sh_ptr2
*sh_ptr = 100;
cout << sh_ptr.use_count() << endl;//2
}
}
}
参考文章:https://www.cnblogs.com/wxquare/p/4759020.html
智能指针的设计和实现:
下面是一个简单智能指针的demo。智能指针类将一个计数器与类指向的对象相关联，引用计数跟踪该类有多少个对象共享同一指针。每次创建类的新对象时，初始化指针并将引用计数置为1；当对象作为另一对象的副本而创建时，拷贝构造函数拷贝指针并增加与之相应的引用计数；对一个对象进行赋值时，赋值操作符减少左操作数所指对象的引用计数（如果引用计数为减至0，则删除对象），并增加右操作数所指对象的引用计数；调用析构函数时，构造函数减少引用计数（如果引用计数减至0，则删除基础对象）。智能指针就是模拟指针动作的类。所有的智能指针都会重载 -> 和 * 操作符。智能指针还有许多其他功能，比较有用的是自动销毁。这主要是利用栈对象的有限作用域以及临时对象（有限作用域实现）析构函数释放内存。
#include<iostream>
#include<memory>
#include <assert.h>
using namespace std;
struct node {
int t;
char a;
};
template<typename T>
class shared_p {
size_t *count;//计数
T *ptr;//原对象指针
public:
shared_p(T* t = nullptr) :ptr(t) {//构造函数，将外部指针赋给智能指针
if (ptr) count = new size_t(1);
else count = new size_t(0);
}
shared_p(const shared_p& t) {//拷贝构造函数
if (this != &t) {//判断是否是同一快内存区域
this->ptr = t.ptr;//t是shared_p的对象所以使用 . 而this 是对象地址所以使用->
this->count = t.count;
(*this->count)++;//this是对象地址，不是对象本身
}
}
shared_p& operator =(const shared_p &t) {//赋值，返回对象本身是为了多重赋值a=b=c
if (this->ptr == t.ptr) {
return *this;
}
if ((*this->count) > 0) {
(*this->count)--;
if ((*this->count) == 0) {
delete this->ptr;
delete this->_count;
}
}
this->ptr = t.ptr;
this->count = t.count;
(*this->count)++;
return *this;
}
T& operator*() {//重载*返回对象
return *(this->ptr);
}
T* operator->() {//重载->返回地址
return this->ptr;
}
size_t use_count() {
return *this->count;
}
~shared_p() {
(*this->count)--;
if (*this->count == 0) {
delete this->ptr;
delete this->count;
}
}
};
int main() {
shared_p<node> sp(new node());//构造
shared_p<node> sp0(sp);//拷贝构造
shared_p<node> sp1 = sp;//赋值
sp->a = 'a';
cout << sp->a << endl;//a
cout << (*sp1).a << endl;//a
cout<<sp.use_count();//3
}