C++ 11 智能指針

前言：

　　近來，學習STL，突然發現有智能指針，做了一周的學習（工作之外的時間）,斷斷續續的學習，特此做下記錄。

誕生的原因：

　　　為了防止內存泄露，和二次釋放的問題。無非就是嫌棄自己管理內存太費勁，可以寫個更簡單管理堆內存的類。

利用C++的特性：

　　　類結束會調用析構函數，無非就是棧空間出棧，同時釋放掉動態創建的空間。

智能指針的作用：

　　將指針封裝成類，利用了一種叫RAII(資源獲取即初始化的技術，聽着有點高大上)，重載操作符（->和*），行為表現的像指針

防止多次釋放該指針，導致崩潰（前提是這個指針被你釋放是否賦值為空指針，如果賦值為空，就沒有所謂的崩潰問題，習慣決定代碼的健壯性）
智能指針作用把值語義轉為引用（總是搞個二傳手，這就是所謂的安全，降低性能為代價，在內存無比大的今天，隨意了）

C++ 11 中的智能指針：

　　包含在頭文件<memory>中，分別有三個智能指針，分別為shared_ptr,unique_ptr,weak_ptr。

介紹下shared_ptr(別人寫的很好，我只做網絡的搬運工，來豐富自己的知識體系)

　　　　1）原理：shared_ptr的多個對象指向同一個指針（大多是new出來的空間指針），該指針使用引用計數，每使用一次，內部計數器加1，每析構一次，內部的引用計數器減1，減為0的時候，自動刪除指向的堆內存。

　　　　2）實現：就是一個模板類，沒事的時候強烈建議看下里面的具體實現，挺有意思的。

　　　　3）不要用一個原始指針初始化多個shared_ptr,否則會造成二次釋放同一內存

4）注意避免循環使用，會在下面舉例，並講解。

　　2.unique_ptr

　　　　“唯一”擁有所指對象，同一時刻只能有一個unique_ptr指向給定對象（禁止使用拷貝語義，只能用移動語義將其移動）。對比原始指針，也是利用了RAII的特性。用戶可以定義delete操作。

#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;

int main()
{
          unique_ptr<int> uptr(new int(10)); //初始化
          unique_ptr<int> uptr1 = move(uptr); //轉移所有權
          uptr2.release();  //釋放所有權
          return 0;  
}

　　3.weak_ptr，配合shared_ptr而引入的的智能指針，是弱引用，相對於shared_ptr強引用來說的。看似就像一個觀察者，觀測資源的使用情況。weak_ptr可以從一個shared_ptr獲取另一個weak_ptr來構造，獲取資源的觀察權。並不會引起計數加的情況，成員有use_count(),查看資源的引用計數，expired()，判斷是否指向的資源被釋放，當返回為true的時候，這個資源的引用計數為0，相當於被釋放，反之就沒有被釋放掉。lock()，返回當前分享指針，計數器並加1.

#include <iostream>
#include <memory>

using namespace std;
int main()
{
            shared_ptr<int> s_ptr = make_shared<int>(10);
            cout<<s_ptr.use_count() <<endl;
            weak_ptr<int> wp(s_ptr);
            cout<<wp.use_count() <<endl;
            if(!wp.expired())
            {
                   shared_ptr s_ptr2 = wp.lock();  //引用計數器加1
                   *s_ptr = 100;
                   cout<<wp.use_count()<<endl;
             }    
}    

運行結果：
1
1
2

應用場景及其問題：

　　1.循環引用，場景：考慮一個簡單的場景--家長和孩子，一個父母有一個孩子，一個孩子有一雙父母。

　　使用原始指針的實現：

#include <iostream>
using namespace std;

class Child;
class Parent;

class Parent 
{
private:
    Child* myChild;
public:
    void setChild(Child* ch)
    {
        this->myChild = ch;
    }
    void doSomething() 
    {
        if(this->myChild)
        {
            cout<<"Child alive"<<endl;
        }
    }
    ~Parent() {
        cout<<"delete myChild"<<endl;
        delete myChild;    
}
};

class Child
{
private:
    Parent* myParent;
public:
    void setParent(Parent* p)
    {
        this->myParent = p;
    }
    void doSomething() {
        if(this->myParent)
        {
            
            cout<<"myParent alive"<<endl;                                    }
    }
    ~Child() {
    cout<<"delete myParent"<<endl;
    delete myParent;    
}
};


int main()
{
    Parent* p = new Parent;
    Child* c = new Child;
    p->setChild(c);
    c->setParent(p);
    delete c;
    return 0;
}

　　如何使用智能指針解決該問題呢：引入智能指針，兩個類只要保證一個類是shared_ptr（強引用）一個是weak_ptr（弱引用）

#include <memory>
#include <iostream>

class Child;
class Parent;

class Parent{
private:
    std::weak_ptr<Child> ChildPtr;
public:
    void setChild(std::shared_ptr<Child> child)
    {
        this->ChildPtr = child;
    }

    void doSomething() {

    }
    ~Parent() {}
};

class Child {
private:
    std::shared_ptr<Parent> ParentPtr;
public:
    void setParent(std::shared_ptr<Parent> parent) {
        this->ParentPtr = parent;
    }
    void doSomething()
    {}
    ~Child() {}
};


int main()
{
    std::weak_ptr<Parent>  wpp;
    std::weak_ptr<Child> wpc;
    {
        std::shared_ptr<Parent> p(new Parent);
        std::shared_ptr<Child> c(new Child);
        p->setChild(c);
        c->setParent(p);
        wpp = p;
        wpc = c;
        std::cout<<p.use_count() <<std::endl;
        std::cout<<c.use_count() <<std::endl;
    }
    std::cout <<wpp.use_count() << std::endl;
    std::cout << wpc.use_count() << std::endl;
    return 0;
}
運行結果：
2
1
0
0
注意如果使用g++編譯，請添加參數-std=c++11(弱引用是C++11引入)

2..返回shared_ptr本身，並不引起計數器加+1

#include<iostream>
#include<memory>

using namespace std;

class Test: public enable_shared_from_this<Test>
{
public:
    Test(){}
    ~Test()
    {cout <<"~Test()"<<endl;}
    shared_ptr<Test> sget()
    {
        return shared_from_this();
    }
};

int main()
{
    weak_ptr<Test> wp;
    {
    shared_ptr<Test> sp(new Test);
    wp = sp;
    cout<<"sp is "<<sp.use_count()<<endl;
    sp->sget();
    cout<<"sp is "<<sp.use_count()<<endl;
    }
    cout<<"wp is"<<wp.use_count()<<endl;
    return 0;

    return 0;
}
運行結果：
sp is 1
sp is 1
~Test()
wp is 0

3.注冊銷毀函數

#include<iostream>
#include<memory>

using namespace std;

struct MyStruct
{
    int *p;
    MyStruct():p(new int(10)){}
};

int  main()
{
    MyStruct st;
    {
        shared_ptr<MyStruct> sp(&st, [](MyStruct *ptr){
            delete(ptr->p);
            ptr->p = nullptr;
            cout<<"destructed"<<endl;
        });
    }
    if(st.p != nullptr)
        cout<<"no destroyed"<<endl;
    else
        cout<<"be destroyed"<<endl;
    return 0;
}
運行結果:
destructed
be destroyed