第 5 章 智能指针与内存管理

    在传统 C++ 中，『记得』手动释放资源，总不是最佳实践。因为我们很有可能就忘记了去释放资源而导致泄露。 所以通常的做法是对于一个对象而言，我们在构造函数的时候申请空间，而在析构函数（在离开作用域时调用）的时候释放空间， 也就是我们常说的 RAII 资源获取即初始化技术。

    凡事都有例外，我们总会有需要将对象在自由存储上分配的需求，在传统 C++ 里我们只好使用 new 和 delete 去 『记得』对资源进行释放。而 C++11 引入了智能指针的概念，使用了引用计数的想法，让程序员不再需要关心手动释放内存。 这些智能指针就包括 std::shared_ptr/std::unique_ptr/std::weak_ptr，使用它们需要包含头文件 <memory>。

    5.2 std::shared_ptr

    std::shared_ptr 是一种智能指针，它能够记录多少个 shared_ptr 共同指向一个对象，从而消除显示的调用 delete，当引用计数变为零的时候就会将对象自动删除。

    但还不够，因为使用 std::shared_ptr 仍然需要使用 new 来调用，这使得代码出现了某种程度上的不对称。

    std::make_shared 就能够用来消除显式的使用 new，所以std::make_shared 会分配创建传入参数中的对象， 并返回这个对象类型的std::shared_ptr指针。例如：

    1. auto pointer = std::make_shared<int>(10);
    2. auto pointer2 = pointer; // 引用计数+1
    3. auto pointer3 = pointer; // 引用计数+1
    4. int *p = pointer.get(); // 这样不会增加引用计数
    5. std::cout << "pointer.use_count() = " << pointer.use_count() << std::endl; // 3
    7. std::cout << "pointer3.use_count() = " << pointer3.use_count() << std::endl; // 3
    9. pointer2.reset();
    10. std::cout << "pointer.use_count() = " << pointer.use_count() << std::endl; // 2
    11. std::cout << "pointer2.use_count() = " << pointer2.use_count() << std::endl; // 0, pointer2 已 reset
    12. std::cout << "pointer3.use_count() = " << pointer3.use_count() << std::endl; // 2
    13. pointer3.reset();
    14. std::cout << "reset pointer3:" << std::endl;
    15. std::cout << "pointer.use_count() = " << pointer.use_count() << std::endl; // 1
    16. std::cout << "pointer2.use_count() = " << pointer2.use_count() << std::endl; // 0
    17. std::cout << "pointer3.use_count() = " << pointer3.use_count() << std::endl; // 0, pointer3 已 reset

    std::unique_ptr 是一种独占的智能指针，它禁止其他智能指针与其共享同一个对象，从而保证代码的安全：

    make_unique 并不复杂，C++11 没有提供 std::make_unique，可以自行实现：

    1. template<typename T, typename ...Args>
    2. std::unique_ptr<T> make_unique( Args&& ...args ) {
    3.   return std::unique_ptr<T>( new T( std::forward<Args>(args)... ) );
    4. }

    至于为什么没有提供，C++ 标准委员会主席 Herb Sutter 在他的中提到原因是因为『被他们忘记了』。

    既然是独占，换句话说就是不可复制。但是，我们可以利用 std::move 将其转移给其他的 unique_ptr，例如：

    5.4 std::weak_ptr

    如果你仔细思考 std::shared_ptr 就会发现依然存在着资源无法释放的问题。看下面这个例子：

    1. struct A;
    2. struct B;
    4. struct A {
    6.         std::cout << "A 被销毁" << std::end;
    7.     }
    8. };
    9. struct B {
    10.     std::shared_ptr<A> pointer;
    11.     ~B() {
    12.         std::cout << "B 被销毁" << std::end;
    13.     }
    14. };
    15. int main() {
    16.     auto a = std::make_shared<A>();
    17.     auto b = std::make_shared<B>();
    18.     a.pointer = b;
    19.     b.pointer = a;
    20. }

    运行结果是 A, B 都不会被销毁，这是因为 a,b 内部的 pointer 同时又引用了 a,b，这使得 a,b 的引用计数均变为了 2，而离开作用域时，a,b 智能指针被析构，却只能造成这块区域的引用计数减一，这样就导致了 a,b 对象指向的内存区域引用计数不为零，而外部已经没有办法找到这块区域了，也就造成了内存泄露，如图 5.1：

    解决这个问题的办法就是使用弱引用指针 std::weak_ptr，std::weak_ptr是一种弱引用（相比较而言 std::shared_ptr 就是一种强引用）。弱引用不会引起引用计数增加，当换用弱引用时候，最终的释放流程如图 5.2 所示：

    在上图中，最后一步只剩下 B，而 B 并没有任何智能指针引用它，因此这块内存资源也会被释放。

    std::weak_ptr 没有 * 运算符和 -> 运算符，所以不能够对资源进行操作，它的唯一作用就是用于检查 std::shared_ptr 是否存在，其 expired() 方法能在资源未被释放时，会返回 true，否则返回 false。

    智能指针这种技术并不新奇，在很多语言中都是一种常见的技术，现代 C++ 将这项技术引进，在一定程度上消除了 /delete 的滥用，是一种更加成熟的编程范式。

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