【C++】智能指针的正确使用方式
本文将从这几方面讲解智能指针：
- 智能指针的应用场景分析
- 智能指针的性能分析: 为什么 shared_ptr 性能比 unique_ptr 差
- 指针作为函数参数时应该传，传值、传引用，还是裸指针？
对于智能指针的使用，实际上是对所有权和生命周期的思考
1.unique_ptr：专属所有权
1.1 unique_ptr介绍
我们大多数场景下用到的应该都是 unique_ptr 。
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。
因此， 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。
1.2 unique_ptr的性能
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。
1.3 unique_ptr的使用场景
1.3.1 忘记delete
unique_ptr 一个最简单的使用场景是用于类属性。代码如下：
class Box
{
public：
Box() : w(new Widget())
{}
~Box()
{}
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。
1.3.2 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。
2.shared_ptr：共享所有权
2.1 shared_ptr简介
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。
用法：
std::shared_ptr<类型> 变量名称{};
std::shared_ptr<int> ptrA{};
std::shared_ptr<int> ptrB{std::make_shared<int>(5)};
注意：std::make_shared不支持数组。
std::shared_ptr<int[]> ptrC{ new int[5]{1, 2, 3, 4, 5} };
2.2 shared_ptr性能
1.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
2.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。
3.使能移动优化性能
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。
2.3 shared_ptr的使用场景
1.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。
2.对象的延迟销毁。陈硕在《Linux 多线程服务器端编程》中提到，当一个对象的析构非常耗时，甚至影响到了关键线程的速度。可以使用 BlockingQueue<std::shared_ptr<void>> 将对象转移到另外一个线程中释放，从而解放关键线程。
3.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&。
void func(Widget *);
void func(const std::shared_ptr<Widget>&);
实际上第一种裸指针的方式可能更好，从语义上更加清楚，函数也不用关心智能指针的类型。
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。
参考文章：
C++ 智能指针的正确使用方式：unique_ptr VS shared_ptr_unique shared区别-CSDN博客
