c++ shared_ptr的使用

shared_ptr.是c++为了提高指针安全性而添加的智能指针，方便了内存管理。功能非常强大，非常强大，非常强大（不单单是shared_ptr,配合week_ptr以及enable_share_from_this()以及share_from_this()）！！！对于支持智能指针的c++版本编程，能用智能指针就用智能指针！

shared_ptr是一种智能指针（smart pointer），作用有如同指针，但会记录有多少个shared_ptrs共同指向一个对象。这便是所谓的引用计数（reference counting）。一旦最后一个这样的指针被销毁，也就是一旦某个对象的引用计数变为0，这个对象会被自动删除。这在非环形数据结构中防止资源泄露很有帮助。使得指针可以共享对象，并且不用考虑内存泄漏问题

shared_ptr 可以支持普通指针的所有操作，完全可以像操作普通指针一样操作智能指针。

shared_ptr 可以通过三种方式得到（拷贝初始化，定义delete操作的方式不在罗列，只讨论初始化指针所指对象来源）：

1.通过一个指向堆上申请的空间的指针初始化（切记不要用栈上的指针，否则，当智能指针全部释放控制权（栈中的对象离开作用域本身就会析构一次），将会析构对象，导致出错）

2.通过make_shared函数得到

3.通过另外一个智能指针初始化

#include <memory>
#include <iostream>
int main()
{
    int *p = new int(30);
    std::shared_ptr<int> bptr(p);//方式1
    std::shared_ptr<int> aptr = std::make_shared<int>(20);//方式
    std::shared_ptr<int> cptr(aptr);
    std::cout << "aptr.use_count() = " << aptr.use_count() <<"  value = "<<*aptr<<std::endl;//use_count 是引用计数器
    std::cout << "bptr.use_count() = " << bptr.use_count() <<"  value = "<<*bptr<<std::endl;
    std::cout << "cptr.use_count() = " << cptr.use_count() <<"  value = "<<*cptr<<std::endl;
    //输出是：2，20
    //       1，30
    //       2，20
}   

下面是使用shared_ptr 的一些注意事项:

0. 禁止纯指针给智能指针赋值或者拷贝构造。

int* a=new int(2);
shared_ptr<int>sp=a;//  error
sp=a;//    error

　　

1． shared_ptr多次引用同一数据，会导致两次释放同一内存。如下：
{
int* pInt = new int[100];
shared_ptr<int> sp1(pInt);
// 一些其它代码之后…
shared_ptr<int> sp2(pInt);
}

2．使用shared_ptr包装this指针带来的问题，如下：

class tester 
{
public:
  tester()
  ~tester()
  {
    std::cout << "析构函数被调用!\n"; 
  }
public:
  shared_ptr<tester> sget()
  {
    return shared_ptr<tester>(this);
  }
};

int main()
{
  tester t;
  shared_ptr<tester> sp =  t.sget(); // …
  return 0;
}

也将导致两次释放t对象破坏堆栈，一次是出栈时析构，一次就是shared_ptr析构。若有这种需要，可以使用下面代码。

class tester : public enable_shared_from_this<tester>
{
public:
  tester()
  ~tester()
  {
  std::cout << "析构函数被调用!\n"; 
  }
public:
 shared_ptr<tester> sget()
  {
  return shared_from_this();
  }
};

int main()
{
  shared_ptr<tester> sp(new tester);
  // 正确使用sp 指针。
  sp->sget();
  return 0;
}

3． shared_ptr循环引用导致内存泄露，代码如下：

class parent;
class child;

typedef shared_ptr<parent> parent_ptr;
typedef shared_ptr<child> child_ptr;

class parent
{
public:
       ~parent() { 
              std::cout <<"父类析构函数被调用.\n"; 
       }
public:
       child_ptr children;
};

class child
{
public:
       ~child() { 
              std::cout <<"子类析构函数被调用.\n"; 
       }
public:
       parent_ptr parent;
};

int main()
{
  parent_ptr father(new parent());
  child_ptr son(new child);
  // 父子互相引用。
  father->children = son;
  son->parent = father;
  return 0;
}

如上代码，将在程序退出前，father的引用计数为2，son的计数也为2，退出时，shared_ptr所作操作就是简单的将计数减1，如果为0则释放，显然，这个情况下，引用计数不为0，于是造成father和son所指向的内存得不到释放，导致内存泄露。

4．在多线程程序中使用shared_ptr应注意的问题。代码如下：

class tester 
{
public:
  tester() {}
  ~tester() {}
  // 更多的函数定义…
};

void fun(shared_ptr<tester> sp)
{
  // !!!在这大量使用sp指针.
  shared_ptr<tester> tmp = sp;
}

int main()
{
  shared_ptr<tester> sp1(new tester);
  // 开启两个线程，并将智能指针传入使用。
  thread t1(bind(&fun, sp1));
  thread t2(bind(&fun, sp1));
  t1.join();
  t2.join();
  return 0;
}

这个代码带来的问题很显然，由于多线程同时访问智能指针，并将其赋值到其它同类智能指针时，很可能发生两个线程同时在操作引用计数（但并不一定绝对发生），而导致计数失败或无效等情况，从而导致程序崩溃，如若不知根源，就无法查找这个bug，那就只能向上帝祈祷程序能正常运行。

引入weak_ptr可以解决这个问题，将fun函数修改如下：

void fun(weak_ptr<tester> wp)
{

//这个方案只解决了多线程对引用计数同时访问的读写问题，并没有解决对share_ptr指向的数据的多线程安全问题，因此weak_ptr只是安全的获得share_ptr的一种方式，因为可以确保在获得share_ptr的时候的多线程安全
  shared_ptr<tester> sp = wp.lock;
  if (sp)
  {
    // 在这里可以安全的使用sp指针.
  }
  else
  {
    std::cout << “指针已被释放!” << std::endl;
  }
}

5.weak_ptr不仅可以解决多线程访问带来的安全问题，而且还可以解决上面第三个问题循环引用。Children类代码修改如下，即可打破循环引用：

class child
{
public:
  ~child() { 
   std::cout <<"子类析构函数被调用.\n"; 
  }
public:
  weak_ptr<parent> parent;
};

因为weak_ptr不增加引用计数，所以可以在退出函数域时，正确的析构。

weak_ptr 介绍：

weak_ptr是为了配合shared_ptr而引入的一种智能指针，它更像是shared_ptr的一个助手而不是智能指针，因为它不具有普通指针的行为，没有重载operator*和->,它的最大作用在于协助shared_ptr工作，像旁观者那样观测资源的使用情况.
用法:
 weak_ptr被设计为与shared_ptr共同工作，可以从一个shared_ptr或者另一个weak_ptr对象构造，获得资源的观测权。但weak_ptr没有共享资源，它的构造不会引起指针引用计数的增加。
 使用weak_ptr的成员函数use_count()可以观测资源的引用计数，另一个成员函数expired()的功能等价于use_count()==0,但更快，表示被观测的资源(也就是shared_ptr的管理的资源)已经不复存在。
 weak_ptr可以使用一个非常重要的成员函数lock()从被观测的shared_ptr获得一个可用的shared_ptr对象， 从而操作资源。但当expired()==true的时候，lock()函数将返回一个存储空指针的shared_ptr.

share_ptr 的 aliasing constructor:

可以使得share_ptr 拥有某个对象控制权的时候，存储指针（storage pointer,shared_ptr 还有一个概念叫owned ptr 指向存储当前控制对象相关信息）指向另外一个对象，模板如下：

template <class U> shared_ptr (const shared_ptr<U>& x, element_type* p) noexcept;

该构造函数是的shared_ptr 管理 x 指针指向对象，会将计数器加一，并且在释放控制权时减一，如有需要还会调用析构函数，但是不同的是它storage ptr 指向的是p,调用 share_ptr.get() 会返回 p ,一般的用途在 p所指对象是x所指对象的成员或者别名（alias）[这段是翻译的，总之，aliasing constructor 还是慎用吧]

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