C++11新特性之八：smart pointers

一.智能指针的作用
C++程序设计中使用堆内存是非常频繁的操作，堆内存的申请和释放都由程序员自己管理。程序员自己管理堆内存可以提高了程序的效率，但是整体来说堆内存的管理是麻烦的，C++11中引入了智能指针的概念，方便管理堆内存。使用普通指针，容易造成堆内存泄露（忘记释放），二次释放，程序发生异常时内存泄露等问题等，使用智能指针能更好的管理堆内存。
理解智能指针需要从下面三个层次：
1.从较浅的层面看，智能指针是利用了一种叫做RAII（资源获取即初始化）的技术对普通的指针进行封装，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。
2.智能指针的作用是防止忘记调用delete释放内存和程序异常的进入catch块忘记释放内存。另外指针的释放时机也是非常有考究的，多次释放同一个指针会造成程序崩溃，这些都可以通过智能指针来解决。
3.智能指针还有一个作用是把值语义转换成引用语义。C++和Java有一处最大的区别在于语义不同，在Java里面下列代码：

Animal a = new Animal();
Animal b = a;

你当然知道，这里其实只生成了一个对象，a和b仅仅是把持对象的引用而已。但在C++中不是这样，

Animal a;
Animal b = a;

这里却是就是生成了两个对象。

关于值语义参考这篇文章
http://www.cnblogs.com/Solstice/archive/2011/08/16/2141515.html

二.C++11中的智能指针

unique_ptr：如果内存资源的所有权不需要共享，就应当使用这个（它没有拷贝构造函数），但是它可以转让给另一个unique_ptr（存在move构造函数）。


shared_ptr： 如果内存资源需要共享，那么使用这个（所以叫这个名字）。


weak_ptr：持有被shared_ptr所管理对象的引用，但是不会改变引用计数值。它被用来打破依赖循环（想象在一个tree结构中，父节点通过一个共享所有权的引用(shared_ptr)引用子节点，同时子节点又必须持有父节点的引用。如果这第二个引用也共享所有权，就会导致一个循环，最终两个节点内存都无法释放）。

另一方面，auto_ptr已经被废弃，不会再使用了。

什么时候使用unique_ptr，什么时候使用shared_ptr取决于对所有权的需求，我建议阅读以下的讨论：

http://stackoverflow.com/questions/15648844/using-smart-pointers-for-class-members

以下第一个例子使用了unique_ptr。如果你想把对象所有权转移给另一个unique_ptr，需要使用std::move。在所有权转移后，交出所有权的智能指针将为空，get()函数将返回nullptr。

void foo(int* p)
{
    std::cout << *p << std::endl;
}
std::unique_ptr<int> p1(new int(42));
std::unique_ptr<int> p2 = std::move(p1); // transfer ownership

if(p1)
foo(p1.get());

(*p2)++;

if(p2)
foo(p2.get());

第二个例子展示了shared_ptr。用法相似，但语义不同，此时所有权是共享的。

void foo(int* p)
{
    std::cout << *p << std::endl;
}

void bar(std::shared_ptr<int> p)
{
    ++(*p);
}

std::shared_ptr<int> p1(new int(42));
std::shared_ptr<int> p2 = p1;

bar(p1);
foo(p2.get());

第一个声明和以下这行是等价的：

auto p3 = std::make_shared<int>(42);

使用make_shared<T>的好处是可以一次性分配共享对象和智能指针自身的内存。而显示地使用shared_ptr构造函数来构造则至少需要两次内存分配。除了会产生额外的开销，还可能会导致内存泄漏。在下面这个例子中，如果seed()抛出一个错误就会产生内存泄漏。

关于make_shared，详见：http://blog.csdn.net/caoshangpa/article/details/79178639

void foo(std::shared_ptr<int> p, int init)
{
    *p = init;
}
foo(std::shared_ptr<int>(new int(42)), seed());

如果使用make_shared就不会有这个问题了。第三个例子展示了weak_ptr。注意，你必须调用lock()来获得被引用对象的shared_ptr，通过它才能访问这个对象。

auto p = std::make_shared<int>(42);
std::weak_ptr<int> wp = p;
{
    auto sp = wp.lock();
    std::cout << *sp << std::endl;
}
p.reset();
if(wp.expired())
std::cout << "expired" << std::endl;

如果你试图锁定(lock)一个过期（指被弱引用对象已经被释放）的weak_ptr，那你将获得一个空的shared_ptr。