C++11中的四种智能指针

前言

C++ STL 提供了四种智能指针：auto_ptr、unique_ptr、shared_ptr 和 weak_ptr。其中auto_ptr 是 C++98 提供的解决方案，C+11 已将其摒弃，并提出了 unique_ptr 作为 auto_ptr 替代方案。虽然 auto_ptr 已被摒弃，但在实际项目中仍可使用，但建议使用较新的 unique_ptr，因为 unique_ptr 比 auto_ptr 更加安全。shared_ptr 和 weak_ptr 则是 C+11 从准标准库 Boost 中引入的两种智能指针。此外，Boost 库还提出了 boost::scoped_ptr、boost::scoped_array、boost::intrusive_ptr 等智能指针，虽然尚未得到 C++ 标准采纳，但是在开发实践中可以使用。

C++11智能指针介绍

智能指针主要用于管理在堆上分配的内存，它将普通的指针封装为一个栈对象。当栈对象的生存周期结束后，会在析构函数中释放掉申请的内存，从而防止内存泄漏。C++ 11中最常用的智能指针类型为shared_ptr，它采用引用计数的方法，记录当前内存资源被多少个shared_ptr引用。该引用计数的内存在堆上分配，当新增一个时引用计数加1，当引用过期时计数减一。只有引用计数为0时，shared_ptr才会自动释放引用的内存资源。对shared_ptr进行初始化时不能将一个普通指针直接赋值给智能指针，因为一个是指针，一个是类。可以通过make_shared函数或者通过构造函数传入普通指针，并可以通过get函数获得普通指针。

为什么要使用智能指针

智能指针的作用是管理一个指针，在使用普通指针时存在以下这种情况：申请的空间在函数结束时忘记释放，造成内存泄漏。使用智能指针可以很大程度上的避免这个问题，因为智能指针是一个类，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。所以智能指针的作用原理就是在函数结束时自动释放内存空间，不需要手动释放内存空间。

指针

普通指针存在的问题

auto_ptr<string> p1 (new string ("I reigned lonely as a cloud.")); 
auto_ptr<string> p2; 
p2 = p1; //auto_ptr不会报错

如果p1和p2是普通指针，那么两个指针将指向同一个string对象。那么在删除同一个对象两次的时候，会出错。要避免这种问题，方法有多种：
（1）定义陚值运算符，使之执行深复制。这样两个指针将指向不同的对象，其中的一个对象是另一个对象的副本，缺点是浪费空间，所以智能指针都未采用此方案。
（2）建立所有权（ownership）概念。对于特定的对象，只能有一个智能指针可拥有，这样只有拥有对象的智能指针的析构函数会删除该对象。然后让赋值操作转让所有权。这就是用于 auto_ptr 和 unique_ptr 的策略，但 unique_ptr 的策略更严格。
（3）创建智能更高的指针，跟踪引用特定对象的智能指针数。这称为引用计数。例如，赋值时，计数将加 1，而指针过期时，计数将减 1,。当减为 0 时才调用 delete。这是 shared_ptr 采用的策略。

auto_ptr

（C++98的方案，C++11已经抛弃）auto_ptr定义在头文件<memory>中。采用所有权模式。

auto_ptr<string> p1 (new string ("I reigned lonely as a cloud.")); 
auto_ptr<string> p2; 
p2 = p1; //auto_ptr不会报错

此时不会报错，p2剥夺了p1的所有权，但是当程序运行时访问p1将会报错。所以auto_ptr的缺点是：存在潜在的内存崩溃问题！

再来一个例子：

#include <iostream>
#include <string>
#include <memory>
using namespace std;

int main()
{
    auto_ptr<string> films[5] = {
    auto_ptr<string>(new string("Fowl Balls")),
    auto_ptr<string>(new string("Duck Walks")),
    auto_ptr<string>(new string("Chicken Runs")),
    auto_ptr<string>(new string("Turkey Errors")),
    auto_ptr<string>(new string("Goose Eggs"))
    };
    auto_ptr<string> pwin;
    pwin = films[2]; // films[2] loses ownership. 将所有权从films[2]转让给pwin，此时films[2]不再引用该字符串从而变成空指针

    cout << "The nominees for best avian baseballl film are\n";
    for (int i = 0; i < 5; ++i)
    {
        cout << *films[i] << endl;
    }
    cout << "The winner is " << *pwin << endl;
    return 0;
}

编译时程序不会出错，但是运行时程序崩溃。因为films[2] 已经是空指针，*films[2]访问空指针时程序会崩溃。但这里如果把 auto_ptr 换成 shared_ptr 或 unique_ptr 后，程序就不会崩溃，原因如下：

使用 shared_ptr 时运行正常，因为 shared_ptr 采用引用计数，pwin 和films[2] 都指向同一块内存，在释放空间时因为事先要判断引用计数值的大小，因此不会出现多次删除一个对象的错误。

使用 unique_ptr 时编译出错，与 auto_ptr 一样unique_ptr 也采用所有权模型，但在使用 unique_ptr 时，程序不会等到运行阶段崩溃，而在编译下述代码行出现错误：

pwin = films[2];  //films[2] loses ownership

提示你发现潜在的内存错误。这就是为何要摒弃 auto_ptr 的原因，一句话总结就是：避免因潜在的内存问题导致程序崩溃。

从上面可见，unique_ptr 比 auto_ptr 更加安全，因为 auto_ptr 有拷贝语义，拷贝后原对象变得无效，再次访问原对象时会导致程序崩溃；unique_ptr 则禁止了拷贝语义，但提供了移动语义，即可以使用std::move() 进行控制权限的转移，如下代码所示：

unique_ptr<string> upt(new string("lvlv"));
unique_ptr<string> upt1(upt);	//编译出错，已禁止拷贝
unique_ptr<string> upt1=upt;	//编译出错，已禁止拷贝
unique_ptr<string> upt1=std::move(upt);  //控制权限转移

auto_ptr<string> apt(new string("lvlv"));
auto_ptr<string> apt1(apt);	//编译通过
auto_ptr<string> apt1=apt;	//编译通过

这里要注意，在使用std::move将unique_ptr的控制权限转移后，不能够再通过unique_ptr来访问和控制资源了，否则同样会出现程序崩溃。我们可以在使用unique_ptr访问资源前，使用成员函数get()进行判空操作。

unique_ptr<string> upt1=std::move(upt); //控制权限转移
if(upt.get()!=nullptr)		           //判空操作更安全
{
	//do something
}

https://www.cnblogs.com/WindSun/p/11444429.html

https://blog.csdn.net/k346k346/article/details/81478223