C++智能指针

诞生背景

在实际的C++开发过程中，我们经常会遇到诸如程序运行中突然崩溃、程序运行所用的内存越来越多最终不得不重启等问题，这些问题往往都是内存管理资源不当造成的。比如：

1. 有些内存资源已经释放，但指向它的指针并没有改变指向，最终成为了野指针，并且后续还在使用；
2. 有些内存资源已经被释放，后期又试图再释放一次，最终导致重复释放同一块内存会使程序运行崩溃；
3. 没有及时释放不再使用的内存资源，造成内存泄漏，程序占用的内存资源越来越多。

针对以上情况，C++提供了更友好的内存管理机制，让程序员更专注于开发项目的各个功能上，而不是自己进行内存管理。事实上，早在1959年前后，就有人提出“垃圾自动回收”机制，“垃圾”指的是那些不再使用或者没有任何指针指向的内存空间，而“回收”指的是将这些“垃圾”收集起来以便再次利用。

智能指针介绍

在C++11标准中，增加了nique_ptr、shared_ptr 以及 weak_ptr 这 3 个智能指针来实现堆内存的自动回收。

智能指针和普通指针用法相似，智能指针的本质是一个模板类，对普通指针进行了封装，通过在构造函数中初始化分配内存，在析构函数中释放内存，达到自己管理内存，不需要手动管理内存的效果，因此智能指针可以在适当时机自动释放分配的内存，即智能指针可以很好地避免“忘记释放内存而导致内存泄漏”问题。

接下来对shared_ptr的原理和用法做详细的解释说明。

智能指针用法以及原理

通过构造函数、std::make_shared和reset初始化三种初始化方式

构造函数初始化方式

//1.通过如下两种方式，可以构造出 shared_ptr 类型的空智能指针，对于空的指针，其初始引用计数方式为0，不是1
std::shared_ptr<int> p1;             //不传入任何实参
std::shared_ptr<int> p2(nullptr);    //传入空指针 nullptr


//2.创建指针时，可以明确指向
std::shared_ptr<int> p3(new int(10)); //指向一个存有10这个int类型数据的堆内存空间

//3.调用拷贝构造函数
std::shared_ptr<int> p4(p3);//或者 std::shared_ptr p4 = p3; 
//如果P3为空，则P4也为空，其引用计数初始值为0，反之，则表明P4和P3指向同一块堆内存，同时堆内存的引用次数会加1.

//4.调用移动构造函数
std::shared_ptr<int> p5(std::move(p4)); //或者 std::shared_ptr p5 = std::move(p4);
// 即P5拥有了P4的堆内存，而P4则变成了空智能指针
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std::make_shared 初始化方式

std::make_shared 初始化方式，C++11 标准中提供了 std::make_shared 模板函数，其可以用于初始化 shared_ptr 智能指针

//1.定义一个空的智能指针
std::shared_ptr<int> p6 = std::make_shared<int>(); 

//2.创建指针，并明确指向
std::shared_ptr<int> p7 = std::make_shared<int>(10);

//3.auto关键字代替std::shared_ptr，p8指向一个动态分配的空vector
auto p8 = make_shared<vector<int>>();
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reset初始化

//创建了一个指针，并明确指向
//调用reset（new xxx())重新赋值时，智能指针首先是生成新对象，然后将旧对象的引用计数减1（当然，如果发现引用计数为0时，则析构旧对象），然后将新对象的指针交给智能指针保管。
std::shared_ptr<int> p8 = nullptr;
p8.reset(new int(1));

//当智能指针中有值的时候，调用reset()会使引用计数减1，如果引用计数为0时，则析构旧对象
p8.reset();
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获取原始指针

智能指针一般都提供了get()成员函数，用来执行显示转换，即返回智能指针内部的原始指针。

 std::shared_ptr<int> p9(new int(5));
 int *pInt = p9.get();
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如果需要调用成员函数，由于几乎所有的智能指针都重载了 * ，->操作符，所以直接使用把智能指针当做一般的指针变量来使用就可以了。但是有时候需要传递参数，如果参数是 T*，那么传递一个智能指针类是无法识别的，因此需要使用原始指针。

使用智能指针时需要注意的问题

①不要用一个原始指针初始化多个shared_ptr，原因在于，会造成二次销毁，如下所示：

 int *p5 = new int;
 std::shared_ptr<int> p6(p5);
 std::shared_ptr<int> p7(p5);// logic error
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②不要在函数实参中创建shared_ptr。因为C++的函数参数的计算顺序在不同的编译器下是不同的。正确的做法是先创建好，然后再传入。

function(shared_ptr<int>(new int)); // 先创建shared_ptr(new int)，避免不同编译器的不同行为
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③shared_ptr不支持动态数组，但是本地编译器由通过了？

C++17及以后是支持动态数组的，C++11/14是不支持的，只要是最新的编译器是没问题的。

④避免循环引用。智能指针最大的一个陷阱是循环引用，循环引用会导致内存泄漏。

⑤线程安全问题。参考智能指针线程安全问题