2018.7.4 學習內容： 【C++11新特性】 C++11智能指針之shared_ptr

C++中的智能指針首先出現在“準”標準庫boost中。隨着使用的人越來越多，爲了讓開發人員更方便、更安全的使用動態內存，C++11也引入了智能指針來管理動態對象。在新標準中，主要提供了shared_ptr、unique_ptr、weak_ptr三種不同類型的智能指針。接下來的幾篇文章，我們就來總結一下這些智能指針的使用。

今天，我們先來看看shared_ptr智能指針。

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shared_ptr

shared_ptr是一個引用計數智能指針，用於共享對象的所有權也就是說它允許多個指針指向同一個對象。這一點與原始指針一致。

先來一段簡單的代碼，看看shared_ptr的簡單使用：

1. #include <iostream>
2. #include <memory>
3. using namespace std;
5. class Example
6. {
7. public:
8. Example() : e(1) { cout << "Example Constructor..." << endl; }
9. ~Example() { cout << "Example Destructor..." << endl; }
11. int e;
12. };
14. int main() {
16. shared_ptr<Example> pInt(new Example());
17. cout << (*pInt).e << endl;
18. cout << "pInt引用計數: " << pInt.use_count() << endl;
20. shared_ptr<Example> pInt2 = pInt;
21. cout << "pInt引用計數: " << pInt.use_count() << endl;
22. cout << "pInt2引用計數: " << pInt2.use_count() << endl;
23. }

程序輸出如下：

1. Example Constructor...
2. pInt: 1
3. pInt引用計數: 1
4. pInt引用計數: 2
5. pInt2引用計數: 2
6. Example Destructor...

從上面這段代碼中，我們對shared_ptr指針有了一些直觀的瞭解。一方面，跟STL中大多數容器類型一樣，shared_ptr也是模板類，因此在創建shared_ptr時需要指定其指向的類型。另一方面，正如其名一樣，shared_ptr指針允許讓多個該類型的指針共享同一堆分配對象。同時shared_ptr使用經典的“引用計數”方法來管理對象資源，每個shared_ptr對象關聯一個共享的引用計數。對於“引用計數”的問題，這裏就不展開介紹。有興趣的同學可以上網查找資料，或者看看我的另一篇文章 【Cocos2d-x源碼分析】 Cocos2d-x內存管理解析（Cocos2d-x也使用了“引用計數”方法來實現內存管理）。

對於shared_ptr在拷貝和賦值時的行爲，《C++Primer第五版》中有詳細的描述：

1. 每個shared_ptr都有一個關聯的計數值，通常稱爲引用計數。無論何時我們拷貝一個shared_ptr，計數器都會遞增。
2. 例如，當用一個shared_ptr初始化另一個shred_ptr，或將它當做參數傳遞給一個函數以及作爲函數的返回值時，它
3. 所關聯的計數器就會遞增。當我們給shared_ptr賦予一個新值或是shared_ptr被銷燬（例如一個局部的
4. shared_ptr離開其作用域）時，計數器就會遞減。一旦一個shared_ptr的計數器變爲0，它就會自動釋放自己所管理
5. 的對象。

對比我們上面的代碼可以看到：當我們將一個指向Example對象的指針交給pInt管理後，其關聯的引用計數爲1。接下來，我們用pInt初始化pInt2，兩者關聯的引用計數值增加爲2。隨後，函數結束，pInt和PInt2相繼離開函數作用於，相應的引用計數值分別自減1最後變爲0，於是Example對象被自動釋放（調用其析構函數）。

接下來，我們完整地介紹一下shared_ptr的常見用法：

1、創建shared_ptr實例

最安全和高效的方法是調用make_shared庫函數，該函數會在堆中分配一個對象並初始化，最後返回指向此對象的share_ptr實例。如果你不想使用make_ptr，也可以先明確new出一個對象，然後把其原始指針傳遞給share_ptr的構造函數。

示例如下：

1. int main() {
3. // 傳遞給make_shared函數的參數必須和shared_ptr所指向類型的某個構造函數相匹配
4. shared_ptr<string> pStr = make_shared<string>(10, 'a');
5. cout << *pStr << endl; // aaaaaaaaaa
7. int *p = new int(5);
8. shared_ptr<int> pInt(p);
9. cout << *pInt << endl; // 5
10. }

2、訪問所指對象

shared_ptr的使用方式與普通指針的使用方式類似，既可以使用解引用操作符*獲得原始對象進而訪問其各個成員，也可以使用指針訪問符->來訪問原始對象的各個成員。

3、拷貝和賦值操作

我們可以用一個shared_ptr對象來初始化另一個share_ptr實例，該操作會增加其引用計數值。

例如：

1. int main() {
2. shared_ptr<string> pStr = make_shared<string>(10, 'a');
3. cout << pStr.use_count() << endl; // 1
5. shared_ptr<string> pStr2(pStr);
6. cout << pStr.use_count() << endl; // 2
7. cout << pStr2.use_count() << endl; // 2
8. }

如果shared_ptr實例p和另一個shared_ptr實例q所指向的類型相同或者可以相互轉換，我們還可以進行諸如p = q這樣賦值操作。該操作會遞減p的引用計數值，遞增q的引用計數值。

例如：

1. class Example
2. {
3. public:
4. Example(string n) : name(n) { cout << n << " constructor..." << endl; }
5. ~Example() { cout << name << " destructor..." << endl; }
7. string name;
8. };
10. int main() {
12. shared_ptr<Example> pStr = make_shared<Example>("a object");
13. shared_ptr<Example> pStr2 = make_shared<Example>("b object");
14. cout << pStr.use_count() << endl;
15. cout << pStr2.use_count() << endl;
17. pStr = pStr2; // 此後pStr和pStr指向相同對象
18. cout << pStr->name << endl;
19. cout << pStr2->name << endl;
20. }

輸出如下：

1. a object constructor...
2. b object constructor...
3. 1
4. 1
5. a object destructor...
6. b object
7. b object
8. b object destructor...

4、檢查引用計數

shared_ptr提供了兩個函數來檢查其共享的引用計數值，分別是unique()和use_count()。

在前面，我們已經多次使用過use_count()函數，該函數返回當前指針的引用計數值。值得注意的是use_count()函數可能效率很低，應該只把它用於測試或調試。

unique()函數用來測試該shared_ptr是否是原始指針唯一擁有者，也就是use_count()的返回值爲1時返回true，否則返回false。

示例：

1. int main() {
2. shared_ptr<string> pStr = make_shared<string>(10, 'a');
3. cout << pStr.unique() << endl; // true
5. shared_ptr<string> pStr2(pStr);
6. cout << pStr2.unique() << endl; // false;
7. }