C++11智能指针之shared_ptr

shared_ptr

第一种智能指针是shared_ptr,它有一个叫做共享所有权(sharedownership)的概念。shared_ptr的目标非常简单：多个指针可以同时指向一个对象，当最后一个shared_ptr离开作用域时，内存才会自动释放。

创建：

void main( )
{
 shared_ptr<int> sptr1( new int );
}

使用make_shared宏来加速创建的过程。因为shared_ptr主动分配内存并且保存引用计数(reference count),make_shared 以一种更有效率的方法来实现创建工作。

void main( )
{
 shared_ptr<int> sptr1 = make_shared<int>(100);
}

上面的代码创建了一个shared_ptr,指向一块内存，该内存包含一个整数100，以及引用计数1.如果通过sptr1再创建一个shared_ptr,引用计数就会变成2. 该计数被称为强引用(strong reference)，除此之外，shared_ptr还有另外一种引用计数叫做弱引用(weak reference)，后面将介绍。

shared_ptr<int> sptr2 = sptr1; //引用计数增加为2

通过调用use_count()可以得到引用计数， 据此你能找到shared_ptr的数量。当debug的时候，可以通过观察shared_ptr中strong_ref的值得到引用计数。

析构

shared_ptr默认调用delete释放关联的资源。如果用户采用一个不一样的析构策略时，他可以*指定构造这个shared_ptr的策略。下面的例子是一个由于采用默认析构策略导致的问题：

class Test
{
public:
 Test(int a = 0 ) : m_a(a)
 {
 }
 ~Test( )
 {
  cout<<"Calling destructor"<<endl;
 }
public:
         int m_a;
};
void main( )
{
 shared_ptr<Test> sptr1( new Test[5] );
}

在此场景下，shared_ptr指向一组对象，但是当离开作用域时，默认的析构函数调用delete释放资源。实际上，我们应该调用delete[]来销毁这个数组。用户可以通过调用一个函数，例如一个lamda表达式，来指定一个通用的释放步骤。

void main( )
{
 shared_ptr<Test> sptr1( new Test[5], 
        [ ](Test* p) { delete[ ] p; } );  
    /*
    //lamda表达式等价于：调用函数
    void del[](Test* p){
        delete[ ] p;
    }
    */
}

接口

就像一个普通指针一样，shared_ptr也提供解引用操作符*,->。除此之外，它还提供了一些更重要的接口：

get(): 获取shared_ptr绑定的资源.

reset(): 释放关联内存块的所有权，如果是最后一个指向该资源的shared_ptr,就释放这块内存。

unique: 判断是否是唯一指向当前内存的shared_ptr.

operator bool : 判断当前的shared_ptr是否指向一个内存块，可以用if 表达式判断。

OK，上面是所有关于shared_ptr的描述，但是shared_ptr也有一些问题：

问题1：

void main( )
{
 shared_ptr<int> sptr1( new int );
 shared_ptr<int> sptr2 = sptr1;
 shared_ptr<int> sptr3;
 sptr3 =sptr1

下表是上面代码中引用计数变化情况：

所有的shared_ptrs拥有相同的引用计数，属于相同的组。上述代码工作良好，让我们看另外一组例子。

void main( )
{
 int* p = new int;
 shared_ptr<int> sptr1( p);
 shared_ptr<int> sptr2( p );
}

上述代码会产生一个错误，因为两个来自不同组的shared_ptr指向同一个资源。下表给你关于错误原因的图景：

避免这个问题，尽量不要从一个裸指针(naked pointer)创建shared_ptr.

问题2

class B;
class A
{
public:
 A(  ) : m_sptrB(nullptr) { };
 ~A( )
 {
  cout<<" A is destroyed"<<endl;
 }
 shared_ptr<B> m_sptrB;
};
class B
{
public:
 B(  ) : m_sptrA(nullptr) { };
 ~B( )
 {
  cout<<" B is destroyed"<<endl;
 }
 shared_ptr<A> m_sptrA;
};
//***********************************************************
void main( )
{
 shared_ptr<B> sptrB( new B );
 shared_ptr<A> sptrA( new A );
 sptrB->m_sptrA = sptrA;
 sptrA->m_sptrB = sptrB;
}

分析：什么都没有输出！

上面的代码产生了一个循环引用.A对B有一个shared_ptr, B对A也有一个shared_ptr ，与sptrA和sptrB关联的资源都没有被释放，参考下表：

当sptrA和sptrB离开作用域时，它们的引用计数都只减少到1，所以它们指向的资源并没有释放！！！！！（此处不明白！）

总结：

1.如果几个shared_ptrs指向的内存块属于不同组，将产生错误。（问题1）

2.如果从一个普通指针创建一个shared_ptr还会引发另外一个问题。在上面的代码中，考虑到只有一个shared_ptr是由p创建的，代码可以好好工作。万一程序员在智能指针作用域结束之前删除了普通指针p。天啦噜！！！又是一个crash。

int main()
{
	int* p = new int;
	shared_ptr<int> sptr1(p);
	shared_ptr<int> sptr2(p);

	delete p; //oops!

	*p = 50;
	cout << *p << endl;

	getchar();
    return 0;
}

3.循环引用：如果共享智能指针卷入了循环引用，资源都不会正常释放。(问题2)

为了解决循环引用，C++提供了另外一种智能指针：weak_ptr