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C++没有内存回收机制，因此程序员在使用new创建对象时，必须手动使用delete释放内存。如果操作复杂，可能会遗漏delete，导致内存泄漏。为了简化内存管理，C++引入了智能指针（Smart Pointers），用于管理动态资源。

raw指针的局限性

使用raw pointer管理动态内存时，常见问题包括：

智能指针类型

智能指针主要有三种：shared_ptr、unique_ptr和weak_ptr。shared_ptr是最常用的，且其他人版本（如unique_ptr和weak_ptr）可以协同工作。

shared_ptr

shared_ptr采用引用计数机制。多个shared_ptr指向同一内存区域，它们共同维护一个引用计数器。当引用次数为0时，才释放内存。

注意事项

• 循环引用：如果一个shared_ptr指向另一个shared_ptr，而被引用的对象没有shared_ptr释放该指针的话，就可能导致内存泄漏。weak_ptr适用于这种情况。
• 构造与析构函数：
  • 默认构造函数：shared_ptr()，无引用计数。
  • 初始化构造函数：接受一个T*指针或另一个shared_ptr。
  • 析构函数会先检查引用计数器是否为0，若是则删除指针和引用计数器。

赋值运算

当将shared_ptr<T>对象赋值给另一个shared_ptr<T>对象时，会进行以下操作：

member functions

shared_ptr提供丰富的功能：

• construct：创建shared_ptr。
• destroy：释放内存。
• operator=：赋值。
• swap：交换两个shared_ptr。
• reset：重置指针。
• get：获取指针。
• operator*和operator->：访问对象。
• use_count：获取引用计数。
• unique：检查是否为唯一拥有者。
• operator bool：检查是否不为空。
• owner_before：检查是否在资源恢复顺序中的位置。
• lock：获取可移动的shared_ptr。

示例

#include "shared_ptr.h"
class Foo {
public:
    Foo() { std::cout << "Foo...\n"; }
    ~Foo() { std::cout << "~Foo...\n"; }
};
// 接受foo_的函数
void func_shared_ptr(const shared_ptr
   
    & foo_) {
    std::cout << "foo_.use_count = " << foo_.use_count() << '\n';
}
   

unique_ptr

unique_ptr不共享指针，资源所有权只能通过移动转移。由于禁止复制，非常适合当内存资源由一个所有者管理时使用。移动操作提供了一种转移内存所有权的方式，可以避免复杂的资源管理。

特点

• 不能拷贝或赋值，除非使用std::move。
• 创建方式：传递new返回的指针给unique_ptr的构造函数。
• 拷贝构造函数不存在，普通拷贝操作会报错。
• 移动操作允许资源转移。

示例

// 创建unique_ptr
unique_ptr
   
     pInt(new int(5));
// 挾有资源的对象
对象A pIntOwner(pInt);
// 通过std::move转移资源所有权
unique_ptr
    
      pIntMove(std::move(pInt));
    
   

weak_ptr

weak_ptr是shared_ptr的弱引用，用于临时引用对象。当对象被释放时，weak_ptr也会失效。它特别适用于避免循环引用和临时引用对象。

特点

• weak_ptr不控制对象生命周期。
• 当对象被释放时，weak_ptr失效。
• 必须通过lock()获取可无效的shared_ptr才能使用。

示例

// 创建weak_ptr
weak_ptr
   
     gw;
void f() {
    auto spt = gw.lock();
    if (spt) {
        // 通过spt访问对象
    } else {
        // gw已经失效
    }
}
   

总结

智能指针通过引用计数和移动机制，简化了动态内存管理。shared_ptr适合一般场景，unique_ptr适用于单所有者资源管理，weak_ptr用于临时引用或循环引用场景。选择合适的智能指针类型，可以提高代码的安全性和可维护性。