C++智能指针 shared_ptr/weak_ptr/unique_ptr/enable_shared_from_this

智能指针

C++11中引入了智能指针的概念，方便管理堆内存。

使用普通指针，容易造成堆内存泄露（忘记释放），二次释放，程序发生异常时内存泄露等问题等，使用智能指针能更好的管理堆内存。

智能指针实质是一个类对象，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。

智能指针在C++11版本之后提供，包含在头文件<memory>中，shared_ptr、unique_ptr、weak_ptr。C++98有auto_ptr,到C++11中已经被摒弃。

Shared_ptr

shared_ptr允许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。

1 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，因为一个是类，一个是指针。例如std::shared_ptr<int> p4 = new int(1);的写法是错误的，应该改为

int a=1;
std::shared_ptr<int> p4=make_shared<int> (a);

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。

2 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。

3 get()可以获取原始指针

4 reset函数

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）。

如何禁止拷贝语义：参见https://blog.csdn.net/qq_40123329/article/details/104402493中的条款6。

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。

1 release函数

2 reset

3 swap函数

4 get_deleter

Weak_ptr

weak_ptr（弱引用）是为了配合shared_ptr（强引用）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不控制对象的生命期，但是它知道对象是否还活着。如果对象还活着，那么它可以提升为有效的shared_ptr，如果对象已经死了，提升就会失败，返回一个空的shared_ptr。

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。

1 use_count

2 expired

3 lock

4 解除shared_ptr的环状引用

T.h

#pragma once
#include <iostream>
#include <memory>

using namespace std;

class CMember;
class CLeader;

class CLeader
{
public:
	CLeader() { cout << "CLeader::CLeader()" << endl; }
	~CLeader() { cout << "CLeader::~CLeader()" << endl; }

	void setMember(const shared_ptr<CMember>& vMember) { m_Member = vMember; }
private:
	shared_ptr<CMember> m_Member;
};

class CMember
{
public:
	CMember() { cout << "CMember::CMember()" << endl; }
	~CMember() { cout << "CMember::~CMember()" << endl; }

	void setLeader(const shared_ptr<CLeader>& vLeader) { m_Leader = vLeader; }
private:
	shared_ptr<CLeader> m_Leader;
};

T.cpp

#pragma once
#include "T.h"

int main()
{
	cout << "Test" << endl;

	shared_ptr<CLeader> PtrLeader(new CLeader());
	shared_ptr<CMember> PtrMember(new CMember());

	PtrMember->setLeader(PtrLeader);
	PtrLeader->setMember(PtrMember);

	cout << "PtrLeader.use_count: " << PtrLeader.use_count() << endl;
	cout << "PtrMember.use_count: " << PtrMember.use_count() << endl;

	return 0;
}

可以看出，2个新new的对象没有被析构掉。因为是一个环状引用：

为了解决这个问题，可以采用weak_ptr来隔断交叉引用中的回路；所谓weak_ptr，是一种弱引用，表示只是对某个对象的一个引用和使用，而不做管理工作；

改进方案：将一个类中的shard_ptr改为weak_ptr。

T.h

#pragma once
#include <iostream>
#include <memory>

using namespace std;

class CMember;
class CLeader;

class CLeader
{
public:
	CLeader() { cout << "CLeader::CLeader()" << endl; }
	~CLeader() { cout << "CLeader::~CLeader()" << endl; }

	void setMember(const shared_ptr<CMember>& vMember) { m_Member = vMember; }
private:
	shared_ptr<CMember> m_Member;
};

class CMember
{
public:
	CMember() { cout << "CMember::CMember()" << endl; }
	~CMember() { cout << "CMember::~CMember()" << endl; }

	void setLeader(const shared_ptr<CLeader>& vLeader) { m_Leader = vLeader; }
private:
	weak_ptr<CLeader> m_Leader;
};

可以看出，对象已被成功析构。

Enable_shared_from_this