C++智能指针

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目录

• 智能指针概念
• std::unique_ptr
• std::shared_ptr
• std::weak_ptr
• 智能指针的优缺点

智能指针概念

提供了一种自动管理动态分配内存的机制，可以避免手动管理内存所带来的问题，如内存泄漏和悬挂指针等。智能指针的主要目的是确保当对象不再需要时，其内存能够被自动释放。

std::unique_ptr

独享所有权：

• 即不共享它的指针，也就无法复制给其他unique_ptr、无法值传递给函数、也无法用于需要副本的标准模板库STL算法；
• 只能进行移动，也就是说将它的指针（内存资源所有权）转移给另一个unique_ptr，但是原始的unique_ptr将不再拥有此资源；也就是说std::unique_ptr是一个move_only的类型；
• 默认情况下，智能指针的资源析构是伴随着调用std::unique_ptr内部的原始指针的delete操作。
  常用API：
• 构造函数：用于创建unique_ptr实例。
• reset()：替换被管理对象，用空的unique_ptr替换也就是release()。
• release()：返回裸指针并放弃所有权，unique_ptr变为空。
• get()：返回裸指针，但不放弃所有权。
• operator->() 和 operator*()：重载了箭头运算符和解引用运算符，用于访问指向的对象。

	std::unique_ptr<QString> pQString1(new QString("111"));

    std::unique_ptr<QString> pQString2;
    QString* str2 = new QString("222");
    pQString2.reset(str2);

    //std::make_unique方式在c++14才可使用
    std::unique_ptr<QString> pQString3 = std::make_unique<QString>("333");

    std::unique_ptr<QString> pQString4 = std::move(pQString3);// 转移所有权

使用场景：

• 为动态申请的资源提供异常安全保证：当我们动态申请内存后，有可能我们接下来的代码由于抛出异常或者提前退出（if语句）而没有执行delete操作。使用智能指针即可避免这种情况

void Func()
{
    int *p = new int(5);
    // ...（可能会抛出异常）
    
    delete p;
}

• 返回函数内动态申请资源的所有权：

unique_ptr<int> Func(int p)
{
    unique_ptr<int> pInt(new int(p));
    return pInt;    // 返回unique_ptr
}
int main() {
    int p = 5;
    unique_ptr<int> ret = Func(p);
    cout << *ret << endl;
    // 函数结束后，自动释放资源
}

• 在容器中保存指针：

int main() 
{
    vector<unique_ptr<int>> vec;
    unique_ptr<int> p(new int(5));
    vec.push_back(std::move(p));    // 使用移动语义
}

• 管理动态数组；
• 作为auto_ptr的替代品。

std::shared_ptr

介绍：

允许多个智能指针共享同一个对象的所有权。内部使用引用计数来追踪共享对象的所有权。当最后一个shared_ptr被销毁时，它所指向的对象才会被删除。（离开作用域即减少依次引用计数）。
常用API:

• 构造函数：用于创建shared_ptr实例。
• reset()：释放当前管理的对象，并将shared_ptr置为空。
• get()：返回裸指针，但不放弃所有权。
• use_count()：返回当前共享对象的shared_ptr实例数。
• unique()：检查是否唯一拥有对象。
• operator->() 和 operator*()：重载了箭头运算符和解引用运算符。

    std::shared_ptr<QString> pQString1(new QString("111"));// 分配内存
    std::unique_ptr<QString> pQString2 = pQString1;// 复制构造，增加引用计数
    // 当 sptr1 和 sptr2 都离开作用域时，内存才会被释放

std::weak_ptr

std::weak_ptr 是 C++11 引入的一个智能指针，它是对 std::shared_ptr 的一个补充。std::weak_ptr 不控制所指向对象的使用寿命，也就是说，它不会增加所指向对象的引用计数。其主要用途是观察一个由 std::shared_ptr 所管理的对象，而不会在对象的生命周期中持有所有权。

主要特性和用途：

• 不拥有对象（不增加引用计数）：与 std::shared_ptr 不同，std::weak_ptr 不拥有其指向的对象。这意味着，当最后一个 std::shared_ptr 被销毁或重置时，即使还有 std::weak_ptr 指向该对象，对象也会被销毁。
• 防止循环引用：当两个或更多的 std::shared_ptr 相互引用时，它们会形成一个循环引用，导致它们所指向的对象无法被正确销毁。通过使用 std::weak_ptr 来打破这种循环引用，可以确保对象在不再需要时被正确销毁。
• 转换为 std::shared_ptr：尽管 std::weak_ptr 不拥有对象，但它可以安全地转换为 std::shared_ptr（如果对象仍然存在）。这种转换会增加对象的引用计数，确保在转换后的 std::shared_ptr 生命周期内对象不会被销毁。
• 检查对象是否存在：可以使用 std::weak_ptr 的 expired() 成员函数来检查它所指向的对象是否仍然存在。

常用API：

• 构造函数：通常通过shared_ptr或另一个weak_ptr来构造。
• expired()：检查所观察的对象是否已经被删除。
• lock()：尝试获取一个指向对象的shared_ptr。如果对象仍然存在，则返回一个指向它的shared_ptr；否则返回一个空的shared_ptr。
• get()：返回裸指针，但不参与对象的生命周期管理。
• reset()：将weak_ptr置为空。

	std::shared_ptr<QString> pQString1(new QString("111"));// 分配内存
    std::weak_ptr<QString> pQString3(pQString1) ;//不增加引用次数

智能指针的优缺点

优点：自动内存管理、防止内存泄漏、防止野指针、防止重复释放、支持资源共享、异常安全、简化代码（不需要手动释放）、所有权和生命周期管理、支持自定义删除器

缺点：智能指针的使用可能会引入额外的性能开销（尽管通常这些开销是微不足道的）。需要正确理解和使用智能指针的所有权模型，以避免出现意外的行为。