C++智能指针
写在前面
内存泄漏问题：也就是我们常说的动态内存分配。在程序员手动进行堆空间的分配时(指针无法控制所指堆空间的生命周期)，往往在写完程序的时候，很容易会忘了释放已经手动分配的内存大小，导致软件Bug不断(也就是内存泄漏)。
在C++语言里面没有垃圾回收的机制(不像高级语言Java有自动的垃圾回收机制)，所以程序员在写程序的时候，经常会发生刚才上面说的那种情况。当我们写一个new语句时，一般就会立即把delete语句直接也写了，但是我们不能避免程序还未执行到delete时就跳转了或者在函数中没有执行到最后的delete语句就返回了，如果我们不在每一个可能跳转或者返回的语句前释放资源，就会造成内存泄露。
这里我们来看一个例子：
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
class Test
{
int i;
public:
Test(int i){
this->i = i;
}
int value(){
return i;
}
~Test(){}
};
int main(){
for(int i=0; i<5; i++)
{
Test* p = new Test(i);
cout << p->value() << endl;
}
return 0;
}
注意：上面分配的堆空间，没有释放掉！！！
使用智能指针可以很大程度上的避免上面这个问题。智能指针就是一个类，这个类的构造函数中传入一个普通指针，析构函数中释放传入的指针。智能指针的类都是栈上的对象，所以当函数（或程序）结束时，也就是当超出了类的作用域时，类会自动调用析构函数，析构函数会自动释放资源。
正文：C++ 智能指针的正确使用方式
一. unique_ptr：专属所有权
unique_ptr 代表的是专属所有权，即由 unique_ptr 管理的内存，只能被一个对象持有。所以，unique_ptr 不支持复制和赋值，如下：
auto w = std::make_unique<Widget>();
auto w2 = w; // 编译错误
如果想要把 w 复制给 w2, 是不可以的。因为复制从语义上来说，两个对象将共享同一块内存。
unique_ptr 只支持移动, 即如下：
auto w = std::make_unique<Widget>();
auto w2 = std::move(w); // w2 获得内存所有权，w 此时等于 nullptr
unique_ptr 代表的是专属所有权，如果想要把一个 unique_ptr 的内存交给另外一个 unique_ptr 对象管理。只能使用 std::move 转移当前对象的所有权。转移之后，当前对象不再持有此内存，新的对象将获得专属所有权。如上代码中，将 w 对象的所有权转移给 w2 后，w 此时等于 nullptr，而 w2 获得了专属所有权。
性能
因为 C++ 的 zero cost abstraction 的特点，unique_ptr 在默认情况下和裸指针的大小是一样的。
所以 内存上没有任何的额外消耗，性能是最优的
使用场景 1：忘记 delete
unique_ptr 一个最简单的使用场景是用于类属性。如下：
class Box{
public:
Box() : w(new Widget())
{}
~Box()
{
// 忘记 delete w
}
private:
Widget* w;
};
如果因为一些原因，w 必须建立在堆上。如果用裸指针管理 w，那么需要在析构函数中 delete w;这种写法虽然没什么问题，但是容易漏写 delete 语句，造成内存泄漏。
如果按照 unique_ptr 的写法，不用在析构函数手动 delete 属性，当对象析构时，属性 w 将会自动释放内存。
使用场景 2：异常安全
假如我们在一段代码中，需要创建一个对象，处理一些事情后返回，返回之前将对象销毁，如下所示：
void process()
{
Widget* w = new Widget();
w->do_something(); // 可能会发生异常
delete w;
}
在正常流程下，我们会在函数末尾 delete 创建的对象 w，正常调用析构函数，释放内存。但是如果 w->do_something() 发生了异常，那么 delete w 将不会被执行。此时就会发生 内存泄漏。我们当然可以使用 try…catch 捕捉异常，在 catch 里面执行 delete，但是这样代码上并不美观，也容易漏写。如果我们用 std::unique_ptr，那么这个问题就迎刃而解了。无论代码怎么抛异常，在 unique_ptr 离开函数作用域的时候，内存就将会自动释放。
二. shared_ptr：共享所有权
在使用 shared_ptr 之前应该考虑，是否真的需要使用 shared_ptr, 而非 unique_ptr。shared_ptr 代表的是共享所有权，即多个 shared_ptr 可以共享同一块内存。因此，从语义上来看，shared_ptr 是支持复制的。如下：
auto w = std::make_shared<Widget>();
{
auto w2 = w;
cout << w.use_count() << endl; // 2
}
cout << w.use_count() << endl; // 1
shared_ptr 内部是利用引用计数来实现内存的自动管理，每当复制一个 shared_ptr，引用计数会 + 1。当一个 shared_ptr 离开作用域时，引用计数会 - 1。当引用计数为 0 的时候，则 delete 内存。
同时，shared_ptr 也支持移动。从语义上来看，移动指的是所有权的传递。如下：
auto w = std::make_shared<Widget>();
auto w2 = std::move(w); // 此时 w 等于 nullptr，w2.use_count() 等于 1
我们将 w 对象 move 给 w2，意味着 w 放弃了对内存的所有权和管理，此时 w 对象等于 nullptr。而 w2 获得了对象所有权，但因为此时 w 已不再持有对象，因此 w2 的引用计数为 1。
性能
-
内存占用高
shared_ptr 的内存占用是裸指针的两倍。因为除了要管理一个裸指针外，还要维护一个引用计数。
因此相比于 unique_ptr, shared_ptr 的内存占用更高 -
原子操作性能低
考虑到线程安全问题，引用计数的增减必须是原子操作。而原子操作一般情况下都比非原子操作慢。 -
使用移动优化性能
shared_ptr 在性能上固然是低于 unique_ptr。而通常情况，我们也可以尽量避免 shared_ptr 复制。
如果，一个 shared_ptr 需要将所有权共享给另外一个新的 shared_ptr，而我们确定在之后的代码中都不再使用这个 shared_ptr，那么这是一个非常鲜明的移动语义。
对于此种场景，我们尽量使用 std::move，将 shared_ptr 转移给新的对象。因为移动不用增加引用计数，性能比复制更好。
使用场景
- shared_ptr 通常使用在共享权不明的场景。有可能多个对象同时管理同一个内存时。
- 对象的延迟销毁。
三. weak_ptr
weak_ptr是为了解决 shared_ptr 双向引用的问题。如下：
class B;
struct A{
shared_ptr<B> b;
};
struct B{
shared_ptr<A> a;
};
auto pa = make_shared<A>();
auto pb = make_shared<B>();
pa->b = pb;
pb->a = pa;
pa 和 pb 存在着循环引用，根据 shared_ptr 引用计数的原理，pa 和 pb 都无法被正常的释放。对于这种情况, 我们可以使用 weak_ptr：
class B;
struct A{
shared_ptr<B> b;
};
struct B{
weak_ptr<A> a;
};
auto pa = make_shared<A>();
auto pb = make_shared<B>();
pa->b = pb;
pb->a = pa;
weak_ptr 不会增加引用计数，因此可以打破 shared_ptr 的循环引用。通常做法是 parent 类持有 child 的 shared_ptr, child 持有指向 parent 的 weak_ptr。这样也更符合语义。
拓展：选择哪种指针作为函数的参数
很多时候，函数的参数是个指针。这个时候就会面临选择困难症，这个参数应该怎么传，应该是 shared_ptr，还是 const shared_ptr&，还是直接 raw pointer 更合适。
1.只在函数使用指针，但并不保存对象内容
假如我们只需要在函数中，用这个对象处理一些事情，但不打算涉及其生命周期的管理，也不打算通过函数传参延长 shared_ptr 的生命周期。对于这种情况，可以使用 raw pointer 或者 const shared_ptr&。即：
void func(Widget*);
void func(const shared_ptr<Widget>&)
2.在函数中保存智能指针
假如我们需要在函数中把这个智能指针保存起来，这个时候建议直接传值。
void func(std::shared_ptr<Widget> ptr);
这样的话，外部传过来值的时候，可以选择 move 或者赋值。函数内部直接把这个对象通过 move 的方式保存起来。这样性能更好，而且外部调用也有多种选择。
参考博客：https://www.cyhone.com/articles/right-way-to-use-cpp-smart-pointer/
