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C++中的智能指针有哪些?分别解决的问题以及区别?

1.C++中的智能指针有4种,分别为:shared_ptr、unique_ptr、weak_ptr、auto_ptr,其中auto_ptr被C++11弃用。

2.使用智能指针的原因
申请的空间(即new出来的空间),在使用结束时,需要delete掉,否则会形成内存碎片。在程序运行期间,new出来的对象,在析构函数中delete掉,但是这种方法不能解决所有问题,因为有时候new发生在某个全局函数里面,该方法会给程序员造成精神负担。
此时,
智能指针就派上了用场。使用智能指针可以很大程度上避免这个问题,“因为智能指针就是一个类,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,避免了手动释放内存空间。

3.四种指针分别解决的问题以及各自特性如下:
(1)auto_ptr(C++98的方案,C++11已经弃用)采用所有权模式。

auto_ptr<string>p1(new string("Ireignedloneyasacloud."));
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。


唯一指针的诞生代替了auto_ptr

(2)unique_ptr(替换auto_ptr)
unique_ptr实现独占式拥有或严格拥有概念,保证同一时间内“只有一个智能指针”可以指向该对象。它对于避免资源泄露,例如,以new创建对象后因为发生异常而忘记调用delete时的情形“特别有用”。
采用所有权模式,和上面例子一样。

unique_ptr<string>p3(new string("Ireignedloneyasacloud."));
unique_ptr<string>p4;
p4=p3;//报错

编译器认为P4=P3非法,避免了p3不再指向有效数据的问题。因此,unique_ptr比auto_ptr更安全。
另外,
unique_ptr还有更聪明的地方:当程序试图将一个unique_ptr赋值给另一个时,如果源unique_ptr是个“临时右值”,编译器允许这么做;
如果源unique_ptr将存在一段时间,编译器将禁止这么做,比如:

unique_ptr<string>pu1(new string("helloworld"));unique_ptr<string>pu2;pu2 = pu1;//#1 not allowed
//----------------------------
unique_ptr<string>pu3;pu3 = unique_ptr<string>(new string("You"));//#2 allowed

其中#1留下悬挂的unique_ptr(pu1),这可能导致危害。
而#2不会留下悬挂的unique_ptr,因为它调用unique_ptr的构造函数,该构造函数创建的临时对象在其所有权让给pu3后就会被销毁。
这种随情况而已的行为表明,unique_ptr优于允许两种赋值的auto_ptr。
注意:如果确实想执行类似与#1的操作,要安全的重用这种指针,可给它赋新值。C++有一个标准库函数std::move(),让你能够将一个unique_ptr赋给另一个。
下面是一个使用前述demo()函数的例子,该函数返回一个unique_ptr对象:
使用move后,原来的指针仍转让所有权变成空指针,可以对其重新赋值。

unique_ptr<string>ps1,ps2;
ps1=demo("hello");
ps2=move(ps1);
ps1=demo("alexia");
cout<<*ps2<<*ps1<<endl;

(3)shared_ptr(非常好使)
shared_ptr实现共享式拥有概念。多个智能指针可以指向相同对象,该对象和其相关资源会在“最后一个引用被销毁”时候释放。从名字share就可以看出了资源可以被多个指针共享,它使用计数机制来表明资源被几个指针共享。可以通过成员函数use_count()来查看资源的所有者个数。除了可以通过new来构造,还可以通过传入auto_ptr,unique_ptr,weak_ptr来构造。当我们调用release()时,当前指针会释放资源所有权,计数减一。当计数等于0时,资源会被释放。shared_ptr是为了解决auto_ptr在对象所有权上的局限性(auto_ptr是独占的),在使用引用计数的机制上提供了可以共享所有权的智能指针。
成员函数:
use_count 返回引用计数的个数

unique 返回是否是独占所有权(use_count为1)

swap 交换两个shared_ptr对象(即交换所拥有的对象)

reset 放弃内部对象的所有权或拥有对象的变更,会引起原有对象的引用计数的减少

get 返回内部对象(指针),由于已经重载了()方法,因此和直接使用对象是一样的。如:shared_ptrsp(newint(1));sp与sp.get()是等价的

(4)weak_ptr
weak_ptr是一种不控制对象生命周期的智能指针,它指向一个shared_ptr管理的对象。进行该对象的内存管理的是那个强引用的shared_ptr。
weak_ptr只是提供了对管理对象的一个访问手段。weak_ptr设计的目的是为配合shared_ptr而引入的一种智能指针来协助shared_ptr工作,它只可以从一个shared_ptr或另一个weak_ptr对象构造,它的构造和析构不会引起引用记数的增加或减少。
weak_ptr是用来解决shared_ptr相互引用时的死锁问题,如果说两个shared_ptr相互引用,那么这两个指针的引用计数永远不可能下降为0,资源永远不会释放。
它是对对象的一种弱引用,不会增加对象的引用计数,和shared_ptr之间可以相互转化,shared_ptr可以直接赋值给它,它可以通过调用lock函数来获得shared_ptr

class B;
class A
{
public:shared_ptr<B>pb_;~A(){cout<<"Adelete\n";}
};
class B
{
public:shared_ptr<A>pa_;~B(){cout<<"Bdelete\n";}
};
void fun()
{shared_ptr<B>pb(new B());shared_ptr<A>pa(new A());pb->pa_=pa;pa->pb_=pb;cout<<pb.use_count()<<endl;cout<<pa.use_count()<<endl;
}
int main()
{fun();return 0;
}

可以看到fun函数中pa,pb之间互相引用,两个资源的引用计数为2,当要跳出函数时,智能指针pa,pb析构时两个资源引用计数会减一,但是两者引用计数还是为1,导致跳出函数时资源没有被释放(AB的析构函数没有被调用),如果把其中一个改为weak_ptr就可以了,我们把类A里面的shared_ptrpb_;改为weak_ptrpb;运行结果如下,这样的话,资源B的引用开始就只有1,当pb析构时,B的计数变为0,B得到释放,B释放的同时也会使A的计数减一,同时pa析构时使A的计数减一,那么A的计数为0,A得到释放。

注意:我们不能通过weak_ptr直接访问对象的方法,
比如:
B对象中有一个方法print(),我们不能这样访问,pa->pb_->print();
pb是一个weak_ptr,应该先把它转化为shared_ptr,如:
shared_ptr p=pa->pb_.lock();
p->print();

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