本文主要參考：
1)《Effective Mordern C++》
2)《C++ Primer》
3) https://en.cppreference.com/w/cpp/memory/shared_ptr --可在線做實驗測試代碼
1、shared_ptr的實現原理
智能指針的一種通用實現技術是使用引用計數。智能指針類將一個計數器與智能指針指向的對象相關聯，用來記錄有多少個智能指針指向相同的對象，並在恰當的時候釋放對象。
每次創建類的新對象時，初始化指針並將引用計數置爲1；當對象作爲另一對象的副本而創建時，引用計數加1；對一個對象進行賦值時，賦值操作符減少左操作數所指對象的引用計數（如果引用計數爲減至0，則刪除對象），並增加右操作數所指對象的引用計數；調用析構函數時，構造函數減少引用計數（如果引用計數減至0，則刪除基礎對象）。
下圖是shared_ptr的內存模型：
由圖中可以看到，實際上引用計數、自定義銷燬等都不是直接存儲在shared_ptr中，而是通過一個指針指向的一個控制塊存儲的，控制塊是動態分配的內存 。
下面是用類模板簡單實現shared_ptr.
#include <iostream>
using namespace std;
template<typename T>
class SmartPointer {
private:
T* p_;
size_t* count_;
public:
SmartPointer(T* ptr = nullptr) : p_(ptr) {
if (p_) {
count_ = new size_t(1);
}
else {
count_ = new size_t(0);
}
}
SmartPointer(const SmartPointer& ptr) {
p_ = ptr.p_;
count_ = ptr.count_;
(*count_)++;
}
SmartPointer& operator=(const SmartPointer& ptr) {
if (p_ == ptr.p_) {
return *this;
}
if (p_) {
if (--(*count_) == 0) {
delete p_;
delete count_;
}
}
p_ = ptr.p_;
count_ = ptr.count_;
(*count_)++;
return *this;
}
~SmartPointer() {
if (--(*count_) == 0) {
delete p_;
delete count_;
}
}
size_t use_count() {
return *count_;
}
};
int main() {
SmartPointer<int> sp1(new int(10));
SmartPointer<int> sp2(sp1);
SmartPointer<int> sp3(new int(20));
sp2 = sp3;
std::cout << sp1.use_count() << std::endl;
std::cout << sp3.use_count() << std::endl;
}
2、智能指針帶來的性能影響
1）shared_ptr的尺寸是裸指針的兩倍。
2）會帶來控制塊的開銷。
3）引用計數的遞增和遞減是原子操作，原子操作一般都比非原子操作慢。
3、使用weak_ptr解決shared_ptr的循環引用
解決方案：將類A,B中的shared_prt改爲weak_ptr即可，weak_ptr不會增加shared_ptr的引用計數
class B;
class A {
public:
weak_ptr<B> p;
//shared_ptr<B> p;
};
class B {
public:
weak_ptr<A> p;
//shared_ptr<A> p;
};
int main() {
while (true) {
shared_ptr<A> pa(new A());
shared_ptr<B> pb(new B());
pa->p = pb;
pb->p = pa;
}
return 0;
}
4 與shared_ptr關係緊密的幾個函數
1）make_shared函數
作用：此函數在動態內存中分配一個對象並初始化它，返回指向此對象的shared_ptr。
用法：make_shared用其參數來構造給定類型的對象，如果不傳遞任何參數，對象就會進行值初始化。
// 指向一個值爲42的shared_ptr
shared_ptr<int> p3 = make_shared<int>(42);
// p4指向一個值爲"9999999999"的string
shared_ptr<string> p4 = make_shared<string>(10,'9');
// p5指向一個值初始化的int，即，值爲0
shared_ptr<int> p5 = make_shared<int>();
// p6指向一個動態分配的空vector<string>
auto p6 = make_shared<vector<string>>();
2）get函數
作用：向不能使用智能指針的代碼傳遞一個內置指針。
注意：get用來將指針的訪問權限傳遞給代碼，你只有在確定代碼不會delete指針的情況下，才能使用get。特別是，永遠不要用get初始化另一個智能指針或者另一個智能指針賦值。
// shared_ptr::get example
#include <iostream>
#include <memory>
int main () {
int* p = new int (10);
std::shared_ptr<int> a (p);
if (a.get()==p)
std::cout << "a and p point to the same location\n";
// three ways of accessing the same address:
std::cout << *a.get() << "\n";
std::cout << *a << "\n";
std::cout << *p << "\n";
return 0;
}
3）reset函數
作用：重置指針，將一個新的指針賦予一個shared_ptr.
// shared_ptr::reset example
#include <iostream>
#include <memory>
int main () {
std::shared_ptr<int> sp; // empty
sp.reset (new int); // takes ownership of pointer
*sp=10;
std::cout << *sp << '\n';
sp.reset (new int); // deletes managed object, acquires new pointer
*sp=20;
std::cout << *sp << '\n';
sp.reset(); // deletes managed object
return 0;
}
參考博客：