在之前的課程中，我們講過(guò)使用 new 關(guān)鍵字將一個(gè)對(duì)象分配到堆上，分配到堆上的對(duì)象必須手動(dòng) delete 掉，否則就會(huì)造成內(nèi)存泄漏的問(wèn)題。我們常常因?yàn)橥涐尫艃?nèi)存，或者釋放內(nèi)存的時(shí)機(jī)不對(duì)而出現(xiàn)問(wèn)題。

為了可以讓指針自行釋放，在 C++11 標(biāo)準(zhǔn)中，加入了一種可以自行釋放的指針，叫做智能指針。

unique_ptr

我們首先來(lái)介紹第一種智能指針：std::unique_ptr。

std::unique_ptr 用于不能被多個(gè)實(shí)例共享的內(nèi)存管理。它將普通的指針?lè)庋b為一個(gè)棧對(duì)象，我們之前學(xué)過(guò)棧對(duì)象的生命周期，當(dāng)棧對(duì)象的生存周期結(jié)束后，會(huì)在析構(gòu)函數(shù)中釋放掉申請(qǐng)的內(nèi)存，從而防止內(nèi)存泄漏。這就是說(shuō)，僅有一個(gè)實(shí)例擁有內(nèi)存所有權(quán)。我們可以通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)看一下

#include <memory>

class A{
public:
    A()
    {

    }

    ~A()
    {

    }
};


int main(int argc,char **argv)
{
    std::unique_ptr<A> p1(new A());

    return 0;
}

在上面的代碼中，我們初始化了一個(gè)智能指針，指向了一片 A 對(duì)象的內(nèi)存。要注意的是 unique_ptr 只能通過(guò)構(gòu)造函數(shù)將指針傳入，而不能將一個(gè)指針直接進(jìn)行賦值。也就是說(shuō)，這句話(huà)不能寫(xiě)成：

std::unique_ptr<A> p1 = new A(); // 會(huì)報(bào)錯(cuò)

在初始化之后，就可以像普通指針那樣操作這個(gè)智能指針，不一樣的是，在使用完之后，不用去 delete 他，他會(huì)自動(dòng)釋放內(nèi)存。

值得注意的是，unique_ptr 只能在初始化的時(shí)候指向一片內(nèi)存，之后他就不能被別人重新賦值，也不能賦值給其他指針，這是一個(gè)孤獨(dú)的智能指針。

shared_ptr

想讓指針不那么孤獨(dú)，我們可以使用 shared_ptr。

std::shared_ptr 與 std::unique_ptr 的主要區(qū)別在于前者是使用引用計(jì)數(shù)的智能指針。引用計(jì)數(shù)的智能指針可以跟蹤引用同一個(gè)真實(shí)指針對(duì)象的智能指針實(shí)例的數(shù)目。在這種智能指針中，有一個(gè)整型變量，被稱(chēng)之為引用計(jì)數(shù)變量。當(dāng)這個(gè)指針發(fā)生賦值到其他指針的操作的時(shí)候，說(shuō)明這個(gè)智能指針指向的對(duì)象被別人“分享”了一次，則引用計(jì)數(shù)加1；而當(dāng)一個(gè)智能指針被銷(xiāo)毀，就是這個(gè)智能指針的析構(gòu)函數(shù)被調(diào)用的時(shí)候，說(shuō)明有一個(gè)人對(duì)其放棄了“分享”，則引用計(jì)數(shù)減1，當(dāng)引用計(jì)數(shù)變成 0 的時(shí)候，說(shuō)明這個(gè)對(duì)象將不被任何指針指向，這時(shí)候，就可以銷(xiāo)毀這個(gè)對(duì)象了。

shared_ptr 的用法如下：

int main(int argc,char **argv)
{
    std::shared_ptr<A> p1 = std::make_shared<A>();
    std::shared_ptr<A> p2 = p1;

    return 0;
}

在上述例子中 p1 和 p2 指向了同一片內(nèi)存，兩個(gè)指針都能操作這片內(nèi)存，而且還不用釋放。

值得注意的是，上面的例子中，我們沒(méi)有使用 new ，而是使用了 make_shared 來(lái)構(gòu)建對(duì)象。make_shared 可以保留指針的關(guān)系，避免錯(cuò)誤發(fā)生，也是 shared_ptr 推薦的方式。

weak_ptr

std::shared_ptr 看起來(lái)能解決絕大多數(shù)的問(wèn)題，但是，std::shared_ptr 在有一個(gè)場(chǎng)景下會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤，那就是循環(huán)引用。

我們來(lái)看這樣一個(gè)程序

class A{
public:
    A()
    {
        printf("A()\n");
    }

    ~A()
    {
        printf("~A()\n");
    }

    int aaa(){
        return 0;
    }

    std::shared_ptr<A> a;
};

int main(int argc,char **argv)
{
    std::shared_ptr<A> p1 = std::make_shared<A>();
    std::shared_ptr<A> p2 = std::make_shared<A>();

    p1->a = p2;
    p2->a = p1;

    return 0;
}

在這個(gè)程序中，我們給 A 類(lèi)也添加了兩個(gè)智能指針的成員變量。然后在 main 函數(shù)中，讓他們相互引用。正常來(lái)說(shuō)，我們 make_shared 了兩次，應(yīng)該調(diào)用了兩次 A 的構(gòu)造函數(shù)，之后又會(huì)調(diào)用兩次 A 的析構(gòu)函數(shù)。但是運(yùn)行這個(gè)程序，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有析構(gòu)函數(shù)被調(diào)用，也就是說(shuō)，兩個(gè)指針都沒(méi)有被銷(xiāo)毀。這是因?yàn)?p1 和 p2 是一個(gè)相互引用的狀態(tài)，這種相互引用的狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致一種“死鎖”現(xiàn)象的產(chǎn)生，最終導(dǎo)致兩者都無(wú)法釋放。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，C++ 提供了 weak_ptr。在相互引用的時(shí)候，使用 weak_ptr 就可以防止死鎖。

class A{
public:
    A()
    {
        printf("A()\n");
    }

    ~A()
    {
        printf("~A()\n");
    }

    int aaa(){
        return 0;
    }

    std::weak_ptr<A> a;
};