智能指针简介

关键字： 智能指针、 auto_ptr、 std::shared_ptr、 std::unique_ptr、 std::weak_ptr

摘要

之前基本都是学习的Qt版本的C++，更多的关注了Qt的语法，而忽略了C++的语法。而且之前的项目基本都是自己一个开发，程序的功能实现都是使用自己熟悉的方式，最近的项目都是多人合作开发，有部分代码是纯C++版本，因为需要掌握和理解代码，所以需要重新学一下C++的语法。要想学好C++，智能指针是一个要不过去的坎，这几篇先研究下C++中的智能指针。

什么是智能指针

智能指针（Smart Pointer）是一种用于管理动态分配的对象的C++类模板。它们提供了自动化的内存管理，可以帮助避免内存泄漏和悬挂指针等常见的错误。

智能指针的主要目标是在对象不再需要时自动释放相关的内存。它们通过在对象上使用引用计数、所有权转移或其他技术来实现这一目标。

在C++中，有几种常见的智能指针类，包括：

1. std::shared_ptr：实现了共享所有权的智能指针。它可以被多个指针共享，当最后一个指针离开作用域时，关联的资源会被释放。

2. std::unique_ptr：实现了独占所有权的智能指针。它是独占资源的唯一指针，不能被拷贝，但可以通过移动语义转移所有权。

3. std::weak_ptr：用于解决std::shared_ptr的循环引用问题。它可以观测一个对象，但不会增加引用计数，也不会阻止对象的销毁。

这些智能指针类提供了更安全和更方便的内存管理方式，可以减少手动管理内存的工作量，并帮助避免内存泄漏和悬挂指针等问题。它们是现代C++中常用的工具之一，推荐在合适的情况下使用。

C++ 98 中的智能指针

在C++98中，有一个名为auto_ptr的智能指针类可用。auto_ptr是C++98标准库中提供的一种简单的智能指针，用于管理动态分配的对象。

auto_ptr的特点是在拷贝时转移所有权，即拷贝后原始指针会被置空，只有一个指针可以拥有资源。这种行为可能导致潜在的问题，因此在C++11中被废弃，并在C++17中被移除。

以下是一个简单的示例，演示了如何使用auto_ptr：

#include <iostream>
#include <memory>

int main() {
 std::auto_ptr<int> p1(new int(5));
 std::auto_ptr<int> p2;

 p2 = p1;  // 所有权转移

 std::cout << *p2 << std::endl;  // 输出 5

 return 0;
}

请注意，auto_ptr在拷贝时会转移所有权，因此在上述示例中，p1在赋值给p2后变为空指针。这意味着你不能再使用p1来访问资源。

由于auto_ptr的行为可能导致潜在的问题，建议在C++11及更高版本中使用更安全和更强大的智能指针类，如std::shared_ptr和std::unique_ptr。这些类提供更好的语义和资源管理功能。

C++ 11 中的智能指针

在C++11中，引入了更强大和更安全的智能指针类，包括std::shared_ptr、std::unique_ptr和std::weak_ptr。这些智能指针类提供了更好的语义和资源管理功能，取代了C++98中的auto_ptr。

以下是C++11中的智能指针类的简要介绍：

1. std::shared_ptr：实现了共享所有权的智能指针。它可以被多个指针共享，通过引用计数来跟踪资源的生命周期。只有当最后一个std::shared_ptr离开作用域时，关联的资源才会被释放。

2. std::unique_ptr：实现了独占所有权的智能指针。它是独占资源的唯一指针，不能被拷贝，但可以通过移动语义转移所有权。当std::unique_ptr离开作用域时，关联的资源会被自动释放。

3. std::weak_ptr：用于解决std::shared_ptr的循环引用问题。std::weak_ptr可以观测一个对象，但不会增加引用计数，也不会阻止对象的销毁。可以通过std::weak_ptr来获取std::shared_ptr，并在需要时检查对象是否仍然存在。

这些智能指针类提供了更好的内存管理和资源安全性，可以减少内存泄漏和悬挂指针等问题的发生。它们是现代C++中推荐使用的工具，可以大大简化代码并提高程序的可靠性。

C++ 17 中的智能指针

在C++17中，除了C++11中引入的std::shared_ptr、std::unique_ptr和std::weak_ptr之外，还引入了两个新的智能指针类：std::shared_mutex和std::scoped_lock。

1. std::shared_mutex：这是一个用于实现共享互斥锁的类。它提供了读写锁的功能，允许多个线程同时读取共享资源，但只允许一个线程写入共享资源。这对于需要高效地支持并发读取和独占写入的场景非常有用。

2. std::scoped_lock：这是一个用于管理多个互斥锁的类。它可以一次性锁定多个互斥锁，避免了手动管理多个锁的复杂性和潜在的死锁问题。std::scoped_lock使用了RAII（资源获取即初始化）的原则，确保在作用域结束时自动释放锁。

这些智能指针类的引入进一步增强了C++的内存管理和并发编程能力。它们提供了更高级别的抽象和更安全的资源管理，可以简化代码并提高程序的可靠性和性能。在C++17及更高版本中，推荐使用这些智能指针类来管理资源和处理并发操作。

智能指针常用函数

C++智能指针类（如std::shared_ptr、std::unique_ptr和std::weak_ptr）提供了一系列常用的成员函数来管理和操作指针。以下是一些常用的函数：

1. get()：返回指向托管对象的原始指针。

2. reset()：释放当前指针所管理的对象，并将指针重置为空。

3. operator*()：解引用指针，返回托管对象的引用。

4. operator->()：通过指针访问托管对象的成员。

5. use_count()（仅适用于std::shared_ptr）：返回与当前std::shared_ptr共享对象的指针数量。

6. unique()（仅适用于std::shared_ptr）：检查当前std::shared_ptr是否是唯一拥有对象的指针。

7. expired()（仅适用于std::weak_ptr）：检查与当前std::weak_ptr关联的对象是否已经被销毁。

8. lock()（仅适用于std::weak_ptr）：尝试获取与当前std::weak_ptr关联的std::shared_ptr，如果对象仍然存在，则返回有效的std::shared_ptr，否则返回空的std::shared_ptr。

这些函数使得智能指针的使用更加方便和安全。你可以根据具体的需求选择适当的智能指针类，并使用相应的成员函数来管理和操作指针。

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