智能指针shared_ptr

在 C++中，动态内存的管理是通过一对运算符来完成的：new，在动态内存中为对象分配空间并返回一个指向该对象的指针，我们可以选择对对象进行初始化; delete，接受一个动态对象的指针，销毁该对象，并释放与之关联的内存。

动态内存的使用很容易出问题，因为确保在正确的时间释放内存是极其困难的。有时我们会忘记释放内存，在这种情况下就会产生内存泄漏;有时在尚有指针引用内存的情况下我们就释放了它，在这种情况下就会产生引用非法内存的指针。

为了更容易（同时也更安全）地使用动态内存，新的标准库提供了两种智能指针（smart pointer）类型来管理动态对象。

智能指针的行为类似常规指针，重要的区别是它负责自动释放所指向的对象。

新标准库提供的这两种智能指针的区别在于管理底层指针的方式：shared_ptr 允许多个指针指向同一个对象；

unique_ptr 则"独占"所指向的对象。

标准库还定义了一个名为 weak_ptr的伴随类，它是一种弱引用，指向shared_ptr所管理的对象。这三种类型都定义在 memory 头文件中。

share_ptr类

类似 vector，智能指针也是模板。因此，当我们创建一个智能指针时，必须提供额外的信息——指针可以指向的类型。与vector 一样，我们在尖括号内给出类型，之后是所定义的这种智能指针的名字：

shared_ptr<string> p1;           // shared_ptr可以指向string
shared_ptr<list<int>> p2;        // shared_ptr可以指向int的list

默认初始化的智能指针中保存着一个空指针（参见 2.3.2 节，第 48页）。在 12.1.3 节中（见第 412 页），我们将介绍初始化智能指针的其他方法。

智能指针的使用方式与普通指针类似。解引用一个智能指针返回它指向的对象。如果在一个条件判断中使用智能指针，效果就是检测它是否为空∶

// 如果p1不为空，检查它是否指向一个空的string
if (p1 && p1 -> empty())
    *p1 = "hi";  // 如果p1指向一个空的string，解引用p1，将一个新值赋予string

表中列出了shared_ptr和unique_ptr支持的操作

shared_ptr和unique_ptr都支持的操作
shared_ptr < T > sp	空智能指针，可以指向类型为T的对象
shared_ptr < T > up
p	将p用作一个条件判断，若p指向一个对象，则为true
*p	解引用p，获得它指向的对象
p -> mem	等价于(*p) .mem
p.get()	返回p中保存的指针
swap(p, q)	交换p和q中的指针
p.swap(q)

shared_ptr独有的操作
makeshared < T > (args)	返回一个shared_ptr，指向一个动态分配的类型为T的对象。使用args初始化此对象
shared_ptr < T > p(q)	p是shared_ptr q 的拷贝；此操作会递增q中的计数器。q中的指针必须能转换为q
p.unique()	若p.use_count()为1，则返回true，否则false
p.use_count()	返回与p共享对象的智能指针的数量
p = q	p和q都是shared_ptr，所保存的指针必须能相互转换。此操作会递减p的引用计数，递增q的引用计数；若p的引用计数变为0，则将其管理的原内存释放。

make_share函数

最安全的分配和使用动态内存的方法是调用一个名为 make_shared 的标准库函数。此函数在动态内存中分配一个对象并初始化它，返回指向此对象的 shared_ptr。与智能指针一样，make_shared 也定义在头文件 memory 中。

当要用 make shared 时，必须指定想要创建的对象的类型。定义方式与模板类相同，在函数名之后跟一个尖括号，在其中给出类型：

// 指向一个值位42的int的shared_ptr
shared_ptr<int> p3 = make_share<int>(42);
// p4指向一个值位“999999999”的string
shared_ptr<int> p4 = make_share<string(10, '9');
// p5指向一个值初始化的int，即为0
shared_ptr<int> p5 = make_share<int>();

类似顺序容器的emplace成员，make_shared用其参数来构造给定类型的对象。

例如，调用 make_shared < string > 时传递的参数必须与 string的某个构造函数相匹配，调用 make_shared < int >时传递的参数必须能用来初始化一个 int，依此类推。

如果我们不传递任何参数，对象就会进行值初始化。

当然，我们通常用 auto定义一个对象来保存make_shared的结果，这种方式较为简单：

// p6 指向一个动态分配的空 vector<string>
auto p6 = make_shared<vector<int>>();

shared_ptr的拷贝和赋值

当进行拷贝或赋值操作时，每个 shared ptr都会记录有多少个其他 shared ptr指向相同的对象：

auto p = make_shared<int>(42);   // p指向的对象只有p一个引用者
auto q(p);                       // p和q指向相同的对象，此对象有两个引用者

我们可以认为每个 shared_ptr都有一个关联的计数器，通常称其为引用计数（reference count）。

无论何时我们拷贝一个 shared_ptr，计数器都会递增。

例如，当用一个 shared_ptr 初始化另一个 shared_ptr，或将它作为参数传递给一个函数以及作为函数的返回值时，它所关联的计数器就会递增。

当我们给 shared_ptr赋予一个新值或是 shared_ptr被销毁（例如一个局部的 shared_ptr离开其作用域）时，计数器就会递减。一旦一个shared_ptr 的计数器变为0，它就会自动释放自己所管理的对象：

auto r = make_shared<int>(42);  //  r指向的int只有一个引用者
r = q;// 给r赋值，令它指向另一个地址
// 递增q指向的对象的引用计数
// 递减r原来指向的对象的引用计数
// r原来来指向的对象已没有引用者，会自动释放