C++11 新特性之智慧指標

摘要： 這是C++11新特性介紹的第五部分，涉及到智慧指標的相關內容（shared_ptr, unique_ptr, weak_ptr)。當然筆者以前也寫過關於c++智慧指標部分的知識總結，這次的話是講到c++11的特性，再次總結一下。 不想看toy code的讀者可以直接拉到文章最後看這...

這是C++11新特性介紹的第五部分，涉及到智慧指標的相關內容（shared_ptr, unique_ptr, weak_ptr)。當然筆者以前也寫過關於c++智慧指標部分的知識總結，這次的話是講到c++11的特性，再次總結一下。

不想看toy code的讀者可以直接拉到文章最後看這部分的總結。

shared_ptr

shared_ptr 基本用法

shared_ptr採用引用計數的方式管理所指向的物件。當有一個新的shared_ptr指向同一個物件時（複製shared_ptr等），引用計數加1。當shared_ptr離開作用域時，引用計數減1。當引用計數為0時，釋放所管理的記憶體。

這樣做的好處在於解放了程式設計師手動釋放記憶體的壓力。之前，為了處理程式中的異常情況，往往需要將指標手動封裝到類中，通過解構函式來釋放動態分配的記憶體；現在這一過程就可以交給shared_ptr去做了。

一般我們使用make_shared來獲得shared_ptr。

cout<<"test shared_ptr base usage:"<<endl;
shared_ptr<string> p1 = make_shared<string>("");
if(p1 && p1->empty())
 *p1 = "hello";
 
auto p2 = make_shared<string>("world");
cout<<*p1<<' '<<*p2<<endl;
 
cout<<"test shared_ptr use_count:"<<endl;
cout<<"p1 cnt:"<<p1.use_count()<<"\tp2 cnt:"<<p2.use_count()<<endl;
 
auto p3 = p2;
cout<<"p1 cnt:"<<p1.use_count()<<"\tp2 cnt:"<<p2.use_count()<<"\tp3 cnt:"<<p3.use_count()<<endl;
p2 = p1;
cout<<"p1 cnt:"<<p1.use_count()<<"\tp2 cnt:"<<p2.use_count()<<"\tp3 cnt:"<<p3.use_count()<<endl;

shared_ptr 和 new

shared_ptr可以使用一個new表示式返回的指標進行初始化。

cout<<"test shared_ptr and new:"<<endl;
shared_ptr<int> p4(new int(1024));
//shared_ptr<int> p5 = new int(1024); // wrong, no implicit constructor
cout<<*p4<<endl;

但是，不能將一個new表示式返回的指標賦值給shared_ptr。

另外，特別需要注意的是，不要混用new和shared_ptr!

void process(shared_ptr<int> ptr)
{
 cout<<"in process use_count:"<<ptr.use_count()<<endl;
}
 
cout<<"don't mix shared_ptr and normal pointer:"<<endl;
shared_ptr<int> p5(new int(1024));
process(p5);
int v5 = *p5;
cout<<"v5: "<<v5<<endl;
 
int *p6 = new int(1024);
process(shared_ptr<int>(p6));
int v6 = *p6;
cout<<"v6: "<<v6<<endl;

上面的程式片段會輸出：

in process use_count:2
v5: 1024
in process use_count:1
v6: 0

可以看到，第二次process p6時，shared_ptr的引用計數為1，當離開process的作用域時，會釋放對應的記憶體，此時p6成為了懸掛指標。

所以，一旦將一個new表示式返回的指標交由shared_ptr管理之後，就不要再通過普通指標訪問這塊記憶體！

shared_ptr.reset

shared_ptr可以通過reset方法重置指向另一個物件，此時原物件的引用計數減一。

cout<<"test shared_ptr reset:"<
shared_ptr deleter
可以定製一個deleter函式，用於在shared_ptr釋放物件時呼叫。
void print_at_delete(int *p)
{
 cout<<"deleting..."<<p<<'\t'<<*p<<endl;
 delete p;
}
 
cout<<"test shared_ptr deleter:"<<endl;
int *p7 = new int(1024);
shared_ptr<int> p8(p7, print_at_delete);
p8 = make_shared<int>(1025);

unique_ptr

unique_ptr基本用法

unique_ptr對於所指向的物件，正如其名字所示，是獨佔的。所以，不可以對unique_ptr進行拷貝、賦值等操作，但是可以通過release函式在unique_ptr之間轉移控制權。
cout<<"test unique_ptr base usage:"<<endl;
unique_ptr<int> up1(new int(1024));
cout<<"up1: "<<*up1<<endl;
unique_ptr<int> up2(up1.release());
cout<<"up2: "<<*up2<<endl;
//unique_ptr<int> up3(up1); // wrong, unique_ptr can not copy
//up2 = up1; // wrong, unique_ptr can not copy
unique_ptr<int> up4(new int(1025));
up4.reset(up2.release());
cout<<"up4: "<<*up4<<endl;


unique_ptr 作為引數和返回值

上述對於拷貝的限制，有兩個特殊情況，即unique_ptr可以作為函式的返回值和引數使用，這時雖然也有隱含的拷貝存在，但是並非不可行的。
unique_ptr<int> clone(int p)
{
 return unique_ptr<int>(new int(p));
}
 
void process_unique_ptr(unique_ptr<int> up)
{
 cout<<"process unique ptr: "<<*up<<endl;
}
 
cout<<"test unique_ptr parameter and return value:"<<endl;
auto up5 = clone(1024);
cout<<"up5: "<<*up5<<endl;
process_unique_ptr(move(up5));
//cout<<"up5 after process: "<<*up5<<endl; // would cause segmentfault

這裡的std::move函式，以後再單獨具體細說^_^
unique_ptr deleter
unique_ptr同樣可以設定deleter，和shared_ptr不同的是，它需要在模板引數中指定deleter的型別。好在我們有decltype這個利器，不然寫起來好麻煩。
cout<<"test unique_ptr deleter:"<<endl;
int *p9 = new int(1024);
unique_ptr<int, decltype(print_at_delete) *> up6(p9, print_at_delete);
unique_ptr<int> up7(new int(1025));
up6.reset(up7.release());

weak_ptr
weak_ptr一般和shared_ptr配合使用。它可以指向shared_ptr所指向的物件，但是卻不增加物件的引用計數。這樣就有可能出現weak_ptr所指向的物件實際上已經被釋放了的情況。因此，weak_ptr有一個lock函式，嘗試取回一個指向物件的shared_ptr。
cout<<"test weak_ptr basic usage:"<<endl;
auto p10 = make_shared<int>(1024);
weak_ptr<int> wp1(p10);
cout<<"p10 use_count: "<<p10.use_count()<<endl;
//p10.reset(new int(1025)); // this will cause wp1.lock() return a false obj
shared_ptr<int> p11 = wp1.lock();
if(p11) cout<<"wp1: "<<*p11<<" use count: "<<p11.use_count()<<endl;

總結
（1）shared_ptr採用引用計數的方式管理所指向的物件。
（2）shared_ptr可以使用一個new表示式返回的指標進行初始化；但是，不能將一個new表示式返回的指標賦值給shared_ptr。
（3）一旦將一個new表示式返回的指標交由shared_ptr管理之後，就不要再通過普通指標訪問這塊記憶體。
（4）shared_ptr可以通過reset方法重置指向另一個物件，此時原物件的引用計數減一。
（5）可以定製一個deleter函式，用於在shared_ptr釋放物件時呼叫。
（6）unique_ptr對於所指向的物件，是獨佔的。
（7）不可以對unique_ptr進行拷貝、賦值等操作，但是可以通過release函式在unique_ptr之間轉移控制權。
（8）unique_ptr可以作為函式的返回值和引數使用。
（9）unique_ptr同樣可以設定deleter，需要在模板引數中指定deleter的型別。
（10）weak_ptr一般和shared_ptr配合使用。它可以指向shared_ptr所指向的物件，但是卻不增加物件的引用計數。
（11）weak_ptr有一個lock函式，嘗試取回一個指向物件的shared_ptr。
注：另外本人從事線上教育多年，將自己的資料整合建了一個QQ群，對於有興趣一起交流學習c/c++的初學者可以加群：941636044，裡面有大神會給予解答，也會有許多的資源可以供大家學習分享，歡迎大家前來一起學習進步！