音视频学习笔记——C++智能指针

C++智能指针介绍

智能指针主要用于管理在堆上分配的内存，它将普通的指针封装为一个栈对象。当栈对象的生存周期结束后，会在析构函数中释放掉申请的内存，从而防止内存泄漏。
C++ 11中最常用的智能指针类型为shared_ptr,它采用引用计数的方法，记录当前内存资源被多少个智能指针引用。该引用计数的内存在==堆上分配。当新增一个时引用计数加1，当过期时引用计数减1。只有引用计数为0时，智能指针才会自动释放引用的内存资源。
对shared_ptr进行初始化时不能将一个普通指针直接赋值给智能指针，因为一个是指针，一个是类。可以通过make_shared函数或者通过构造函数传入普通指针。并可以通过get函数获得普通指针。

二、为什么要使用智能指针

智能指针的作用是管理一个指针，因为存在以下这种情况：申请的空间在函数结束时忘记释放，造成内存泄漏。

使用智能指针可以很大程度上的避免这个问题，因为智能指针就是一个类，当超出了类的作用域时，类会自动调用析构函数，析构函数会自动释放资源。所以智能指针的作用原理就是在函数结束时自动释放内存空间，不需要手动释放内存空间。

三、三种智能指针

C++11 中引入了智能指针，它利用了一种叫做 RAII（资源获取即初始化）的技术将普通的指针封装为一个栈对象。当栈对象的生存周期结束后，会在析构函数中释放掉申请的内存，从而防止内存泄漏。这使得智能指针实质是一个对象，行为表现的却像一个指针。智能指针主要分为shared_ptr 、unique_ptr 和weak_ptr 三种，使用时需要引用头文件<memory>。

C++11 中shared_ptr 和weak_ptr 都是参考boost 库实现的。

3.1 unique_ptr

unique_ptr实现独占式拥有或严格拥有概念，保证同一时间内只有一个智能指针可以指向该对象。采用所有权模式。

当程序试图将一个unique_ptr赋值给另一个时，如果源unique_ptr是个临时右值，编译器允许这么做；如果源 unique_ptr 将存在一段时间，编译器将禁止这么做，比如：

cpp 复制代码

	unique_ptr<string> pu1(new string ("hello world"));
	unique_ptr<string> pu2;
	pu2 = pu1; // #1 不允许
	unique_ptr<string> pu3;
	pu3 = unique_ptr<string>(new string ("You")); // #2 允许

3.2 shared_ptr

shared_ptr实现共享式拥有概念。多个智能指针可以指向相同对象，该对象和其相关资源会在"最后一个引用被销毁"时候释放。

使用计数机制表明资源被几个指针共享。可以通过成员函数use_count()来查看资源的所有者个数。

成员函数：

use_count ：返回引用计数的个数
unique ：返回是否是独占所有权(use_count 为 1)
swap ：交换两个hared_ptr 对象(即交换所拥有的对象)
reset ：放弃内部对象的所有权或拥有对象的变更, 会引起原有对象的引用计数的减少
get ：返回内部对象(指针), 由于已经重载了()方法, 因此和直接使用对象是一样的

例子：

cpp 复制代码

	#include <iostream>
	#include "string"
	using namespace std;
	int main()
	{
		string *s1 = new string("s3");
		shared_ptr<string> ps1(s1);
		shared_ptr<string> ps2;
		ps2 = ps1;
		cout << ps1.use_count() << endl; //2
		cout << ps2.use_count() << endl; //2，ps2和ps1共用
		cout << ps1.unique() << endl; //0
	
		string* s3 = new string("s3");
		shared_ptr<string> ps3(s3);
		cout << (ps1.get()) << endl; //033AEB48
		cout << ps3.get() << endl; //033B2C50
		swap(ps1, ps3); //交换所拥
		cout << (ps1.get()) << endl; //033B2C50
		cout << ps3.get() << endl; //033AEB48
		cout << ps3.use_count() << endl; //2 ps3和ps1交换所拥有的对象
		cout << ps1.use_count() << endl; //1  
		cout << ps2.use_count() << endl; //2
		ps2 = ps1;
		cout << ps1.use_count() << endl; //2
		cout << ps2.use_count() << endl; //2
		ps1.reset(); //放弃ps1的拥有权，引用计数的减少
		cout << ps1.use_count() << endl; //0
		cout << ps2.use_count() << endl; //1
	}

运行结果：

share_ptr智能指针也是会发生内存泄露

当两个对象相互使用一个shared_ptr成员变量指向对方，会造成循环引用，使引用计数失效，从而导致内存泄漏。这种情况需要通过智能指针weak_ptr解决。

3.3 weak_ptr

weak_ptr 是一种不控制对象生命周期的智能指针, 它指向一个shared_ptr管理的对象。进行该对象的内存管理的是那个强引用的shared_ptr， weak_ptr只是提供了对管理对象的一个访问手段。
设计目的 ：为配合 shared_ptr 而引入的一种智能指针来协助 shared_ptr 工作, 只能从一个 shared_ptr 或另一个weak_ptr对象构造, 其构造和析构不会引起引用记数的增加或减少。
weak_ptr是用来解决shared_ptr相互引用时的死锁问题。是对对象的一种弱引用，不会增加对象的引用计数，和shared_ptr之间可以相互转化，shared_ptr可以直接赋值给它，它可以通过调用lock函数来获得shared_ptr。

weak_ptr 没有重载*和->但可以使用lock 获得一个可用的 shared_ptr 对象
expired 用于检测所管理的对象是否已经释放, 如果已经释放, 返回 true; 否则返回false
lock 用于获取所管理的对象的强引用(shared_ptr). 如果 expired 为 true, 返回一个空的shared_ptr; 否则返回一个 shared_ptr, 其内部对象指向与 weak_ptr 相同.
weak_ptr常用操作

cpp 复制代码

	weak_ptr<T> w; // 空weak_ptr可以指向类型为T的对象
	weak_ptr<T> w(shared_ptr p); // 与p指向相同对象的weak_ptr, T必须能转换为sp指向
	w = p; // p可以是shared_ptr或者weak_ptr，赋值后w和p共享对象
	w.reset(); // weak_ptr置为空
	w.use_count(); // 与w共享对象的shared_ptr的计数
	w.expired(); // w.use_count()为0则返回true，否则返回false
	w.lock(); // w.expired()为true，返回空的shared_ptr;否则返回指向w的shared_ptr