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[導讀]一.智能指針的作用 C++程序設計中使用堆內存是非常頻繁的操作,堆內存的申請和釋放都由程序員自己管理。程序員自己管理堆內存可以提高了程序的效率,但是整體來說堆內存的管理是麻煩的,C++11中引入了智能

一.智能指針的作用
C++程序設計中使用堆內存是非常頻繁的操作,堆內存的申請和釋放都由程序員自己管理。程序員自己管理堆內存可以提高了程序的效率,但是整體來說堆內存的管理是麻煩的,C++11中引入了智能指針的概念,方便管理堆內存。使用普通指針,容易造成堆內存泄露(忘記釋放),二次釋放,程序發(fā)生異常時內存泄露等問題等,使用智能指針能更好的管理堆內存。
理解智能指針需要從下面三個層次:
1.從較淺的層面看,智能指針是利用了一種叫做RAII(資源獲取即初始化)的技術對普通的指針進行封裝,這使得智能指針實質是一個對象,行為表現(xiàn)的卻像一個指針。
2.智能指針的作用是防止忘記調用delete釋放內存和程序異常的進入catch塊忘記釋放內存。另外指針的釋放時機也是非常有考究的,多次釋放同一個指針會造成程序崩潰,這些都可以通過智能指針來解決。
3.智能指針還有一個作用是把值語義轉換成引用語義。C++和Java有一處最大的區(qū)別在于語義不同,在Java里面下列代碼:

Animal a = new Animal();
Animal b = a;
你當然知道,這里其實只生成了一個對象,a和b僅僅是把持對象的引用而已。但在C++中不是這樣,
Animal a;
Animal b = a;
這里卻是就是生成了兩個對象。
關于值語義參考這篇文章http://www.cnblogs.com/Solstice/archive/2011/08/16/2141515.html

二.C++11中的智能指針

unique_ptr:如果內存資源的所有權不需要共享,就應當使用這個(它沒有拷貝構造函數),但是它可以轉讓給另一個unique_ptr(存在move構造函數)。
shared_ptr: 如果內存資源需要共享,那么使用這個(所以叫這個名字)。
weak_ptr:持有被shared_ptr所管理對象的引用,但是不會改變引用計數值。它被用來打破依賴循環(huán)(想象在一個tree結構中,父節(jié)點通過一個共享所有權的引用(shared_ptr)引用子節(jié)點,同時子節(jié)點又必須持有父節(jié)點的引用。如果這第二個引用也共享所有權,就會導致一個循環(huán),最終兩個節(jié)點內存都無法釋放)。
另一方面,auto_ptr已經被廢棄,不會再使用了。

什么時候使用unique_ptr,什么時候使用shared_ptr取決于對所有權的需求,我建議閱讀以下的討論:

http://stackoverflow.com/questions/15648844/using-smart-pointers-for-class-members

以下第一個例子使用了unique_ptr。如果你想把對象所有權轉移給另一個unique_ptr,需要使用std::move。在所有權轉移后,交出所有權的智能指針將為空,get()函數將返回nullptr。
void foo(int* p)
{
    std::cout << *p << std::endl;
}
std::unique_ptr p1(new int(42));
std::unique_ptr p2 = std::move(p1); // transfer ownership

if(p1)
foo(p1.get());

(*p2)++;

if(p2)
foo(p2.get());

第二個例子展示了shared_ptr。用法相似,但語義不同,此時所有權是共享的。

void foo(int* p)
{
    std::cout << *p << std::endl;
}

void bar(std::shared_ptr p)
{
    ++(*p);
}

std::shared_ptr p1(new int(42));
std::shared_ptr p2 = p1;

bar(p1);
foo(p2.get());
第一個聲明和以下這行是等價的:
auto p3 = std::make_shared(42);

使用make_shared的好處是可以一次性分配共享對象和智能指針自身的內存。而顯示地使用shared_ptr構造函數來構造則至少需要兩次內存分配。除了會產生額外的開銷,還可能會導致內存泄漏。在下面這個例子中,如果seed()拋出一個錯誤就會產生內存泄漏。

關于make_shared,詳見:http://blog.csdn.net/caoshangpa/article/details/79178639

void foo(std::shared_ptr p, int init)
{
    *p = init;
}
foo(std::shared_ptr(new int(42)), seed());
如果使用make_shared就不會有這個問題了。第三個例子展示了weak_ptr。注意,你必須調用lock()來獲得被引用對象的shared_ptr,通過它才能訪問這個對象。
auto p = std::make_shared(42);
std::weak_ptr wp = p;
{
    auto sp = wp.lock();
    std::cout << *sp << std::endl;
}
p.reset();
if(wp.expired())
std::cout << "expired" << std::endl;
如果你試圖鎖定(lock)一個過期(指被弱引用對象已經被釋放)的weak_ptr,那你將獲得一個空的shared_ptr。
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