c++11 智能指針 unique_ptr、shared_ptr與weak_ptr

C++11中有unique_ptr、shared_ptr與weak_ptr等智能指針(smart pointer)，定義在<memory>中。

可以對動態資源進行管理，保證任何情況下，已構造的對象最終會銷毀，即它的析構函數最終會被調用。

unique_ptr

unique_ptr持有對對象的獨有權，同一時刻只能有一個unique_ptr指向給定對象（通過禁止拷貝語義、只有移動語義來實現）。

unique_ptr指針本身的生命周期：從unique_ptr指針創建時開始，直到離開作用域。

離開作用域時，若其指向對象，則將其所指對象銷毀(默認使用delete操作符，用戶可指定其他操作)。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include <iostream>
#include <string>
#include <memory>
#include <vector>
#include <map>


void mytest()
{
    std::unique_ptr<int> up1(new int(11));   // 無法復制的unique_ptr
    //unique_ptr<int> up2 = up1;        // err, 不能通過編譯
    std::cout << *up1 << std::endl;   //
 
 11

    std::unique_ptr<int> up3 = std::move(up1);    // 現在p3是數據的唯一的unique_ptr

    std::cout << *up3 << std::endl;   // 11
    //std::cout << *up1 << std::endl;   // err, 運行時錯誤
    up3.reset();            // 顯式釋放內存
    up1.reset();            // 不會導致運行時錯誤
    //std::cout << *up3 << std::endl;   
 
// err, 運行時錯誤

    std::unique_ptr<int> up4(new int(22));   // 無法復制的unique_ptr
    up4.reset(new int(44)); //"綁定"動態對象
    std::cout << *up4 << std::endl; // 44

    up4 = nullptr;//顯式銷毀所指對象，同時智能指針變為空指針。與up4.reset()等價

    std::unique_ptr<int> up5(new int(55));
    int *p = up5.release(); //只是釋放控制權，不會釋放內存
    std::cout << *p << std::endl;
    //cout << *up5 << endl; // err, 運行時錯誤
    delete p; //釋放堆區資源

    return;
}

int main()
{
    mytest();

    system("pause");
    return 0;
}

shared_ptr

shared_ptr允許多個該智能指針共享第“擁有”同一堆分配對象的內存，這通過引用計數（reference counting）實現，會記錄有多少個shared_ptr共同指向一個對象，一旦最後一個這樣的指針被銷毀，也就是一旦某個對象的引用計數變為0，這個對象會被自動刪除。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include <iostream>
#include <string>
#include <memory>
#include <vector>
#include <map>


void mytest()
{
    std::shared_ptr<int> sp1(new int(22));
    std::shared_ptr<int> sp2 = sp1;
    std::cout << "cout: " << sp2.use_count() << std::endl; // 打印引用計數

    std::cout << *sp1 << std::endl;
    std::cout << *sp2 << std::endl;

    sp1.reset(); // 顯示讓引用計數減一
    std::cout << "count: " << sp2.use_count() << std::endl; // 打印引用計數

    std::cout << *sp2 << std::endl; // 22

    return;
}

int main()
{
    mytest();

    system("pause");
    return 0;
}

weak_ptr

weak_ptr是為配合shared_ptr而引入的一種智能指針來協助shared_ptr工作，它可以從一個shared_ptr或另一個weak_ptr對象構造，它的構造和析構不會引起引用計數的增加或減少。沒有重載 * 和 -> 但可以使用lock獲得一個可用的shared_ptr對象

weak_ptr的使用更為復雜一點，它可以指向shared_ptr指針指向的對象內存，卻並不擁有該內存，而使用weak_ptr成員lock，則可返回其指向內存的一個share_ptr對象，且在所指對象內存已經無效時，返回指針空值nullptr。

註意：weak_ptr並不擁有資源的所有權，所以不能直接使用資源。
可以從一個weak_ptr構造一個shared_ptr以取得共享資源的所有權。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include <iostream>
#include <string>
#include <memory>
#include <vector>
#include <map>

void check(std::weak_ptr<int> &wp)
{
    std::shared_ptr<int> sp = wp.lock(); // 轉換為shared_ptr<int>
    if (sp != nullptr)
    {
        std::cout << "still: " << *sp << std::endl;
    } 
    else
    {
        std::cout << "still: " << "pointer is invalid" << std::endl;
    }
}


void mytest()
{
    std::shared_ptr<int> sp1(new int(22));
    std::shared_ptr<int> sp2 = sp1;
    std::weak_ptr<int> wp = sp1; // 指向shared_ptr<int>所指對象

    std::cout << "count: " << wp.use_count() << std::endl; // count: 2
    std::cout << *sp1 << std::endl; // 22
    std::cout << *sp2 << std::endl; // 22
    check(wp); // still: 22
    
    sp1.reset();
    std::cout << "count: " << wp.use_count() << std::endl; // count: 1
    std::cout << *sp2 << std::endl; // 22
    check(wp); // still: 22

    sp2.reset();
    std::cout << "count: " << wp.use_count() << std::endl; // count: 0
    check(wp); // still: pointer is invalid

    return;
}

int main()
{
    mytest();

    system("pause");
    return 0;
}

c++11 智能指針 unique_ptr、shared_ptr與weak_ptr