C++11智能指针的使用及原理

1. 智能指针的使用场景分析

下⾯程序中我们可以看到，new了以后，我们也delete了，但是可能会因为array2抛异常导致后⾯的delete没有得到执⾏，所以就内存泄漏了，所以我们需要new以后捕获异常，捕获到异常后delete内存，再把异常抛出，但是因为new本⾝也可能抛异常，连续的两个new和下⾯的Divide都可能会抛异常，让我们处理起来很麻烦。智能指针放到这样的场景⾥⾯就让问题简单多了。

double Divide(int a, int b)
{
    //当b==0时抛出异常
    if (b == 0)
    {
        throw "Divide by zero condition!";
    }
    else
    {
        return (double)a / (double)b;
    }
}

void Func()
{
    // 首先我们要知道，如果array1异常了，那么它是还没有申请内存的
    // 所以就不会导致内存泄漏的问题，但是如果array2异常了，就会导致
    // array1申请的内存得不到释放，导致内存泄漏，如果只是除零错误
    // 而导致的异常，是不会内存泄漏的，因为我们在捕获的时候就delete了，这种情况就要用智能指针了
		
    int* array1 = new int[10];
    int* array2 = new int[10]; // 抛异常呢

    try
    {
        int len, time;
        cin >> len >> time;
        cout << Divide(len, time) << endl;
    }
    catch (...)
    {
        cout << "delete []" << array1 << endl;
        cout << "delete []" << array2 << endl;

        delete[] array1;
        delete[] array2;

        throw; //异常重新抛出，捕获到什么抛出什么
    }

    // 正常情况下的内存释放
    cout << "delete []" << array1 << endl;
    cout << "delete []" << array2 << endl;
    delete[] array1;
    delete[] array2;
}

int main()
{
    try
    {
        Func();
    }
    catch (const char* errmsg)
    {
        cout << errmsg << endl;
    }
    catch (...)
    {
        cout << "Unkown Exception" << endl;
    }

    return 0;
}

2. RAII和智能指针的设计思路

  1. RAII是Resource Acquisition Is Initialization（资源获取即初始化）的缩写，它是⼀种管理资源的类的设计思想，本质是⼀种利⽤对象的⽣命周期来管理获取到的动态资源，避免资源泄漏，这⾥的资源可以是内存、⽂件指针、⽹络连接、互斥锁等等。RAII在获取资源时把资源委托给⼀个对象，接着控制对资源的访问，资源在对象的⽣命周期内始终保持有效，最后在对象析构的时候释放资源，这样就保障了资源的正常释放，避免资源泄漏问题。
  2. 智能指针类除了要满⾜RAII的设计思路，还要⽅便资源的访问，所以智能指针类还会像迭代器类⼀样，重载operator* / operator-> / operator[] 等运算符，⽅便访问资源。
// 智能指针
template<class T>
class SmartPtr
{
public:
    //RAII
    SmartPtr(T* ptr)
        :_ptr(ptr)
    {}

    ~SmartPtr()
    {
        cout << "delete[]：" << _ptr << endl;
        delete[] _ptr;
    }

    // 重载运算符，模拟指针的⾏为，⽅便访问资源
    T& operator*()
    {
        return *_ptr;
    }

    T* operator->()
    {
        return _ptr;
    }

    T& operator[](size_t i)
    {
        return _ptr[i];
    }

private:
    T* _ptr;
};

double Divide(int a, int b)
{
    //当b==0时抛出异常
    if (b == 0)
    {
        throw "Divide by zero condition!";
    }
    else
    {
        return (double)a / (double)b;
    }
}

void Func()
{
	// 这里使用RAII的智能指针类管理new出来的数组以后，程序就简单多了
	// 完全不用担心内存泄漏的问题
    SmartPtr<int> sp1 (new int[10]);
    SmartPtr<int> sp2 (new int[10]);

    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        sp1[i] = sp2[i] = i;
    }

    int len, time;
    cin >> len >> time;
    cout << Divide(len, time) << endl;
}

int main()
{
    try
    {
        Func();
    }
    catch (const char* errmsg)
    {
        cout << errmsg << endl;
    }
    catch (...)
    {
        cout << "Unkown Exception" << endl;
    }

    return 0;
}

3. C++标准库智能指针的使用

  1. C++标准库中的智能指针都在< memory >这个头⽂件下⾯，我们包含< memory >就可以使⽤了，智能指针有好⼏种，除了weak_ptr它们都符合RAII和像指针⼀样访问的⾏为，区别主要是在解决智能指针拷⻉时的思路不同。
  2. auto_ptr是C++98时设计出来的智能指针，它的特点是拷⻉时把被拷⻉对象的资源的管理权转移给拷⻉对象，这是⼀个⾮常糟糕的设计，因为它会导致被拷⻉对象悬空，访问报错的问题，C++11设计出新的智能指针后，强烈建议不要使⽤auto_ptr。C++11出来之前很多公司也是明令禁⽌使⽤这个智能指针的。
  3. unique_ptr是C++11设计出来的智能指针，它的名字翻译出来是唯⼀指针，它的特点的不⽀持拷⻉，只⽀持移动。如果不需要拷⻉的场景就⾮常建议使⽤它。
  4. shared_ptr是C++11设计出来的智能指针，它的名字翻译出来是共享指针，它的特点是⽀持拷⻉，也⽀持移动。如果需要拷⻉的场景就需要使⽤它了。底层是⽤引用计数的⽅式实现的，这个在使用的时候会说明。
  5. weak_ptr是C++11设计出来的智能指针，它的名字翻译出来是弱指针，它完全不同于上⾯的智能指针，它不⽀持RAII，也就意味着不能⽤它直接管理资源，weak_ptr产⽣的本质是要解决shared_ptr的⼀个循环引⽤导致内存泄漏的问题。具体细节下⾯我们再细讲。
  6. 智能指针析构时默认是进⾏delete释放资源，这也就意味着如果不是new出来的资源，交给智能指针管理，析构时就会崩溃。智能指针⽀持在构造时给⼀个删除器，所谓删除器本质就是⼀个可调⽤对象，这个可调⽤对象中实现你想要的释放资源的⽅式，当构造智能指针时，给了定制的删除器，在智能指针析构时就会调⽤删除器去释放资源。因为new[]经常使⽤，所以为了简洁⼀点，unique_ptr和shared_ptr都特化了⼀份[]的版本，使⽤时unique_ptr<Date[]> up1(new Date[5]);shared_ptr<Date[]> sp1(new Date[5]);就可以管理new[]的资源。
  7. template <class T, class… Args> shared_ptr< T > make_shared (Args&&… args);
  8. shared_ptr除了⽀持⽤指向资源的指针构造，还⽀持make_shared⽤初始化资源对象的值直接构造。
  9. shared_ptr和unique_ptr都⽀持了operator bool的类型转换，如果智能指针对象是⼀个空对象没有管理资源，则返回false，否则返回true，意味着我们可以直接把智能指针对象给if判断是否为空。
  10. shared_ptr和unique_ptr都要在构造函数使⽤explicit(意思：显式)修饰，防⽌普通指针隐式类型转换成智能指针对象。
#include <memory>

struct Date
{
    int _year;
    int _month;
    int _day;
    Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
        :_year(year)
        , _month(month)
        , _day(day)
    {}

    ~Date()
    {
        cout << "~Date()" << endl;
    }
};

auto_ptr

int main()
{
    auto_ptr<Date> ap1(new Date);
    // 拷贝时，管理权转移，被拷贝对象ap1悬空
    auto_ptr<Date> ap2(ap1);

    // 空指针访问,ap1对象已经悬空
    //ap1->_year++;

    return 0;
}

unique_ptr

int main()
{
    unique_ptr<Date> up1(new Date(2025, 10, 15));
    // 不支持拷贝
    //unique_ptr<Date> up2(up1);

    // 可以移动构造，此时我们是知道up1的资源已经被转移了
    // 就不会用up1去访问成员了
    //unique_ptr<Date> up2(move(up1));

    cout << up1.get() << endl; // 得到ptr

    //up1.release(); // 提前释放资源
    //up1.reset(new Date); // 释放up1中的资源，去管理新申请的资源

    // operator bool() // 判断up1是否在管理资源，内部实现其实就是up1.get() != nullptr
    //if (up1.operator bool()) // 自定义类型转换成内置类型
    if (up1)
    {
        cout << "up1 不为空" << endl;
    }
    else
    {
        cout << "up1 为空" << endl;
    }

    // 自定义or内置类型转换成自定义类型T
    // T类型 = Y类型  类型转换-> T(Y y) 构造支持

    // 自定义类型能否转换成内置类型 -> operator 内置类型() 支持

    return 0;
}

shared_ptr

int main()
{
    shared_ptr<Date> sp1(new Date);
    // 支持拷贝，本质是 sp1、sp2和sp3共同管理该资源
    shared_ptr<Date> sp2(sp1);
    shared_ptr<Date> sp3(sp1);
    // 可以通过打印，发现sp1、sp2和sp3共同管理该资源
    sp1->_year++;
    cout << sp1->_year << endl;
    cout << sp2->_year << endl;
    cout << sp3->_year << endl;

    // 查看引用计数个数，sp1、sp2和sp3析构都会让引用计数减1
    // 最后引用计数为0时才释放资源
    cout << sp1.use_count() << endl;

    // 支持移动，移动后sp4接管sp1去管理该资源
    // 并且对sp2和sp3没有影响
    // 也就是说该资源现在是由sp2、sp3和sp4共同管理
    shared_ptr<Date> sp4(move(sp1));

    return 0;
}

在这里插入图片描述

template<class T>
void DeleteArrayFunc(T* ptr)
{
    delete[] ptr;
}

template<class T>
class DeleteArray
{
public:
    void operator()(T* ptr)
    {
        delete[] ptr;
    }
};

class Fclose
{
public:
    void operator()(FILE* ptr)
    {
        cout << "fclose:" << ptr << endl;
        fclose(ptr);
    }
};

int main()
{
    // 这样实现程序会崩溃，因为库底层用的delete
    //unique_ptr<Date> up1(new Date[10]);
    //shared_ptr<Date> sp1(new Date[10]);

    // 解决方案一
    // 因为new[]经常使用，所以unique_ptr和shared_ptr
    // 实现了一个特化版本，这个特化版本析构时用delete[]
    unique_ptr<Date[]> up1(new Date[10]);
    shared_ptr<Date[]> sp1(new Date[10]);
     
    // 解决方案二
    // 仿函数对象做删除器
    //unique_ptr<Date, DeleteArray<Date>> up2(new Date[5], DeleteArray<Date>());

    // unique_ptr和shared_ptr支持删除器的方式有所不同
    // unique_ptr是类模板参数支持的，shared_ptr是构造函数参数支持的
    // 使用仿函数，unique_ptr可以不构造函数传递，因为仿函数类型构造的对象直接就可以调用
    // 但是函数指针和lambda类型不可以
    unique_ptr<Date, DeleteArray<Date>> up2(new Date[5]);
    shared_ptr<Date> sp2(new Date[5], DeleteArray<Date>());

    // 函数指针做删除器
    unique_ptr<Date, void(*)(Date*)> up3(new Date[5], DeleteArrayFunc<Date>);
    shared_ptr<Date> sp3(new Date[5], DeleteArrayFunc<Date>);

    // lambda表达式做删除器
    auto delArrOBJ = [](Date* ptr) {delete[] ptr; };
    // decltype C++11新增关键字用于编译时期自动推导类型
    unique_ptr<Date, decltype(delArrOBJ)> up4(new Date[5], delArrOBJ);
    shared_ptr<Date> sp4(new Date[5], delArrOBJ);

    // 实现其他资源管理的删除器
    shared_ptr<FILE> sp5(fopen("test.cpp", "r"), Fclose());
    shared_ptr<FILE> sp6(fopen("test.cpp", "r"), [](FILE* ptr)
        {cout << "fclose:" << ptr << endl;
        fclose(ptr); });

    // make_shared
    shared_ptr<Date> sp7 = make_shared<Date>(2025, 10, 16);
    auto sp8 = make_shared<Date>(2025, 10, 16);

    // 报错，不能用普通指针隐式类型转换成智能指针对象
    //unique_ptr<Date> up5 = new Date(2025, 10, 16);
    //shared_ptr<Date> sp9 = new Date(2025, 10, 16);

    return 0;
}

4. 智能指针的原理

  1. 下⾯我们模拟实现了auto_ptr、unique_ptr、shared_ptr和weak_ptr的核⼼功能，除了shared_ptr，其他3个智能指针的实现⽐较简单，⼤家了解⼀下原理即可。auto_ptr的思路是拷⻉时转移资源管理权给被拷⻉对象，这种思路是不被认可的，也不建议使⽤。unique_ptr的思路是不⽀持拷⻉。weak_ptr不直接管理资源，其产⽣的本质是要解决shared_ptr的⼀个循环引⽤导致内存泄漏的问题。
  2. ⼤家重点要看看shared_ptr是如何设计的，尤其是引⽤计数的设计，主要这⾥⼀份资源就需要⼀个引⽤计数，所以引⽤计数⽤静态成员的⽅式是⽆法实现的，要使⽤堆上动态开辟的⽅式，构造智能指针对象时来⼀份资源，就要new⼀个引⽤计数出来。多个shared_ptr指向资源时就++引⽤计数，shared_ptr对象析构时就–引⽤计数，引⽤计数减到0时代表当前析构的shared_ptr是最后⼀个管理资源的对象，则析构资源。

在这里插入图片描述

#pragma once

#include <functional>

namespace bs
{
	template<class T>
	class auto_ptr
	{
	public:
		auto_ptr(T* ptr)
			:_ptr(ptr)
		{}

		auto_ptr(auto_ptr<T>& ap)
			:_ptr(ap._ptr)
		{
			// 管理权转移
			ap._ptr = nullptr;
		}

		auto_ptr<T>& operator=(auto_ptr<T>& ap)
		{
			// 检测是否为自己给自己赋值
			if (this != &ap)
			{
				// 释放当前对象中的资源
				if (_ptr) delete _ptr;

				// 转移ap中的资源到当前对象中
				_ptr = ap._ptr;
				ap._ptr = nullptr;
			}

			return *this;
		}

		~auto_ptr()
		{
			if (_ptr)
			{
				delete _ptr;
			}
		}

		// 像指针一样使用
		T& operator*()
		{
			return *_ptr;
		}

		T* operator->()
		{
			return _ptr;
		}

	private:
		T* _ptr;
	};

	template<class T>
	class unique_ptr
	{
	public:
		explicit unique_ptr(T* ptr)
			:_ptr(ptr)
		{}

		unique_ptr(const unique_ptr<T>& up) = delete;
		unique_ptr<T>& operator=(const unique_ptr<T>& up) = delete;

		unique_ptr(unique_ptr<T>&& up)
			:_ptr(up._ptr)
		{
			up._ptr = nullptr;
		}

		unique_ptr<T>& operator=(unique_ptr<T>&& up)
		{
			delete _ptr;
			_ptr = up._ptr;
			up._ptr = nullptr;
			return *this;
		}

		~unique_ptr()
		{
			if (_ptr)
			{
				cout << "delete:" << _ptr << endl;
				delete _ptr;
			}
		}

		// 像指针一样使用
		T& operator*()
		{
			return *_ptr;
		}

		T* operator->()
		{
			return _ptr;
		}

	private:
		T* _ptr;
	};

	//template<class T>
	//class shared_ptr
	//{
	//public:
	//	shared_ptr(T* ptr = nullptr)
	//		:_ptr(ptr)
	//		,_pcount(new int(1))
	//	{}

	//	shared_ptr(const shared_ptr<T>& sp)
	//		:_ptr(sp._ptr)
	//		, _pcount(sp._pcount)
	//	{
	//		++(*_pcount);
	//	}

	//	shared_ptr<T>& operator=(const shared_ptr<T>& sp)
	//	{
	//		// 只要管理的资源相同，就跳过赋值
	//		if (_ptr != sp._ptr)
	//		{
	//			release();

	//			_ptr = sp._ptr;
	//			_pcount = sp._pcount;
	//			++(*_pcount);
	//		}

	//		return *this;
	//	}

	//	~shared_ptr()
	//	{
	//		release();
	//	}

	//	void release()
	//	{
	//		if (--(*_pcount) == 0)
	//		{
	//			delete _ptr;
	//			delete _pcount;
	//			_ptr = nullptr;
	//			_pcount = nullptr;
	//		}
	//	}

	//	T* get() const
	//	{
	//		return _ptr;
	//	}

	//	int use_count() const
	//	{
	//		return *_pcount;
	//	}

	//	T& operator*()
	//	{
	//		return *_ptr;
	//	}

	//	T* operator->()
	//	{
	//		return _ptr;
	//	}

	//	operator bool()
	//	{
	//		return _ptr != nullptr;
	//	}

	//private:
	//	T* _ptr;
	//	int* _pcount; // 引用计数
	//};

	// 定制删除器
	template<class T>
	class shared_ptr
	{
	public:
		shared_ptr(T* ptr = nullptr)
			:_ptr(ptr)
			, _pcount(new int(1))
		{}

		template<class D>
		shared_ptr(T* ptr, D del)
			:_ptr(ptr)
			, _pcount(new int(1))
			,_del(del)
		{}

		shared_ptr(const shared_ptr<T>& sp)
			:_ptr(sp._ptr)
			, _pcount(sp._pcount)
			,_del(sp._del)
		{
			++(*_pcount);
		}

		shared_ptr<T>& operator=(const shared_ptr<T>& sp)
		{
			// 只要管理的资源相同，就跳过赋值
			if (_ptr != sp._ptr)
			{
				release();

				_ptr = sp._ptr;
				_pcount = sp._pcount;
				++(*_pcount);
				_del = sp._del;
			}

			return *this;
		}

		~shared_ptr()
		{
			release();
		}

		void release()
		{
			if (--(*_pcount) == 0)
			{
				_del(_ptr);
				delete _pcount;
				_ptr = nullptr;
				_pcount = nullptr;
			}
		}

		T* get() const
		{
			return _ptr;
		}

		int use_count() const
		{
			return *_pcount;
		}

		T& operator*()
		{
			return *_ptr;
		}

		T* operator->()
		{
			return _ptr;
		}

		operator bool()
		{
			return _ptr != nullptr;
		}

	private:
		T* _ptr;
		int* _pcount; // 引用计数

		// 删除器
		function<void(T*)> _del = [](T* ptr)->void {delete ptr; };
	};
	
	// 需要注意的是我们这⾥实现的shared_ptr和weak_ptr都是以最简洁的⽅式实现的，
	// 只能满⾜基本的功能，这⾥的weak_ptr 的lock等功能是⽆法实现的，想要实现就要
	// 把shared_ptr和weak_ptr⼀起改了，把引⽤计数拿出来放到⼀个单独类型，shared_ptr
	// 和weak_ptr都要存储指向这个类的对象才能实现，有兴趣可以去翻翻源代码
	template<class T>
	class weak_ptr
	{
	public:
		weak_ptr()
		{}

		weak_ptr(const shared_ptr<T>& sp)
			:_ptr(sp.get())
		{}

		weak_ptr<T>& operator=(const shared_ptr<T>& sp)
		{
			_ptr = sp.get();

			return *this;
		}

	private:
		T* _ptr = nullptr;
	};
}

int main()
{
	bs::auto_ptr<Date> ap1(new Date);
	// 拷⻉时，管理权限转移，被拷⻉对象ap1悬空
	bs::auto_ptr<Date> ap2(ap1);
	// 空指针访问，ap1对象已经悬空
	//ap1->_year++;
	bs::unique_ptr<Date> up1(new Date);
	// 不⽀持拷⻉
	//unique_ptr<Date> up2(up1);
	// ⽀持移动，但是移动后up1也悬空，所以使⽤移动要谨慎
	bs::unique_ptr<Date> up3(move(up1));
	bs::shared_ptr<Date> sp1(new Date);
	// ⽀持拷⻉
	bs::shared_ptr<Date> sp2(sp1);
	bs::shared_ptr<Date> sp3(sp2);
	cout << sp1.use_count() << endl;
	sp1->_year++;
	cout << sp1->_year << endl;
	cout << sp2->_year << endl;
	cout << sp3->_year << endl;
 
 return 0;
}

int main()
{
    bs::shared_ptr<Date> sp1(new Date(2025, 10, 16));
    bs::shared_ptr<Date> sp2(sp1);

    if (sp1)
    {
        cout << "up1 不为空" << endl;
    }

    cout << sp1.get() << endl;

    cout << sp1.use_count() << endl;

    bs::shared_ptr<Date> sp3(new Date(2025, 10, 15));

    sp1 = sp3;
    // 自己给自己赋值
    sp1 = sp1;
    // 相同资源赋值
    sp1 = sp3;

    return 0;
}

// 定制删除器
int main()
{
    // 仿函数做删除器
    bs::shared_ptr<Date> sp1(new Date[5], DeleteArray<Date>());

    // 函数指针做删除器
    bs::shared_ptr<Date> sp2(new Date[5], DeleteArrayFunc<Date>);

    // lambda表达式做删除器
    auto delArrOBJ = [](Date* ptr) {delete[] ptr; };
    bs::shared_ptr<Date> sp3(new Date[5], delArrOBJ);

    // 实现其他资源管理的删除器
    bs::shared_ptr<FILE> sp4(fopen("test.cpp", "r"), Fclose());
    bs::shared_ptr<FILE> sp5(fopen("test.cpp", "r"), [](FILE* ptr)
        {cout << "fclose:" << ptr << endl;
    fclose(ptr); });

    return 0;
}

5. shared_ptr和weak_ptr

5.1 shared_ptr循环引用问题

  1. shared_ptr⼤多数情况下管理资源⾮常合适，⽀持RAII，也⽀持拷⻉。但是在循环引⽤的场景下会导致资源没得到释放内存泄漏，所以我们要认识循环引⽤的场景和资源没释放的原因，并且学会使⽤weak_ptr解决这种问题。
  2. 如下图所述场景，n1和n2析构后，管理两个节点的引⽤计数减到1
  3. 右边的节点什么时候释放呢，左边节点中的_next管着呢，_next析构后，右边的节点就释放了
  4. _next什么时候析构呢，_next是左边节点的的成员，左边节点释放，_next就析构了。
  5. 左边节点什么时候释放呢，左边节点由右边节点中的_prev管着呢，_prev析构后，左边的节点就释放了。
  6. _prev什么时候析构呢，_prev是右边节点的成员，右边节点释放，_prev就析构了。
  7. ⾄此逻辑上成功形成回旋镖似的循环引⽤，谁都不会释放就形成了循环引⽤，导致内存泄漏
  8. 把ListNode结构体中的_next和_prev改成weak_ptr，weak_ptr绑定到shared_ptr时不会增加它的引⽤计数，_next和_prev不参与资源释放管理逻辑，就成功打破了循环引⽤，解决了这⾥的问题

在这里插入图片描述

struct ListNode
{
    int _data;
    std::shared_ptr<ListNode> _next;
    std::shared_ptr<ListNode> _prev;
    // 这⾥改成weak_ptr，当n1->_next = n2;绑定shared_ptr时
    // 不增加n2的引⽤计数，不参与资源释放的管理，就不会形成循环引⽤了

    //std::weak_ptr<ListNode> _next;
    //std::weak_ptr<ListNode> _prev;

    ~ListNode()
    {
        cout << "~ListNode()" << endl;
    }
};

int main()
{
    // 循环引用 -- 内存泄漏
    std::shared_ptr<ListNode> n1(new ListNode);
    std::shared_ptr<ListNode> n2(new ListNode);

    cout << n1.use_count() << endl;
    cout << n2.use_count() << endl;

    n1->_next = n2;
    n2->_prev = n1;

    cout << n1.use_count() << endl;
    cout << n2.use_count() << endl;

    // weak_ptr不支持管理资源，不支持RAII
    // weak_ptr是专门绑定shared_ptr，不增加它的引用计数，作为一些场景的辅助管理

    return 0;
}

5.2 weak_ptr

  1. weak_ptr不⽀持RAII，也不⽀持访问资源，所以我们看⽂档发现weak_ptr构造时不⽀持绑定到资源，只⽀持绑定到shared_ptr，绑定到shared_ptr时，不增加shared_ptr的引⽤计数，那么就可以解决上述的循环引⽤问题。
  2. weak_ptr也没有重载operator*和operator->等，因为他不参与资源管理，那么如果他绑定的shared_ptr已经释放了资源，他去访问资源就是很危险的。weak_ptr⽀持expired检查指向的资源是否过期，use_count也可获取shared_ptr的引⽤计数，weak_ptr想访问资源时，可以调⽤lock返回⼀个管理资源的shared_ptr，如果资源已经被释放，返回的shared_ptr是⼀个空对象，如果资源没有释放，则通过返回的shared_ptr访问资源是安全的。
int main()
{
    std::shared_ptr<string> sp1(new string("11111"));
    std::shared_ptr<string> sp2(sp1);
    std::weak_ptr<string> wp = sp1;
    cout << wp.expired() << endl;
    cout << wp.use_count() << endl;

    // sp1和sp2都指向了其他资源，则weak_ptr就过期了
    sp1 = make_shared<string>("222222");
    cout << wp.expired() << endl;
    cout << wp.use_count() << endl;

    sp2 = make_shared<string>("333333");
    cout << wp.expired() << endl;
    cout << wp.use_count() << endl;

    wp = sp1;
    //std::shared_ptr<string> sp3 = wp.lock();
    auto sp3 = wp.lock();
    cout << wp.expired() << endl;
    cout << wp.use_count() << endl;

    *sp3 += "###";
    cout << *sp1 << endl;

    return 0;
}

6. shared_ptr的线程安全问题

  1. shared_ptr的引⽤计数对象在堆上，如果多个shared_ptr对象在多个线程中，进⾏shared_ptr的拷⻉析构时会访问修改引⽤计数，就会存在线程安全问题，所以shared_ptr引⽤计数是需要加锁或者原⼦操作保证线程安全的。
  2. shared_ptr指向的对象也是有线程安全的问题的，但是这个对象的线程安全问题不归shared_ptr管，它也管不了，应该有外层使⽤shared_ptr的⼈进⾏线程安全的控制。
  3. 下⾯的程序会崩溃或者A资源没释放，bs::shared_ptr引⽤计数从int*改成atomic< int >*就可以保证引⽤计数的线程安全问题，或者使⽤互斥锁加锁也可以。
template<class T>
class shared_ptr
{
public:
	shared_ptr(T* ptr = nullptr)
		:_ptr(ptr)
		, _pcount(new atomic<int>(1))
	{
	}

	template<class D>
	shared_ptr(T* ptr, D del)
		: _ptr(ptr)
		, _pcount(new atomic<int>(1))
		, _del(del)
	{
	}

	shared_ptr(const shared_ptr<T>& sp)
		:_ptr(sp._ptr)
		, _pcount(sp._pcount)
		, _del(sp._del)
	{
		++(*_pcount);
	}

	shared_ptr<T>& operator=(const shared_ptr<T>& sp)
	{
		// 只要管理的资源相同，就跳过赋值
		if (_ptr != sp._ptr)
		{
			release();

			_ptr = sp._ptr;
			_pcount = sp._pcount;
			++(*_pcount);
			_del = sp._del;
		}

		return *this;
	}

	~shared_ptr()
	{
		release();
	}

	void release()
	{
		if (--(*_pcount) == 0)
		{
			_del(_ptr);
			delete _pcount;
			_ptr = nullptr;
			_pcount = nullptr;
		}
	}

	T* get() const
	{
		return _ptr;
	}

	int use_count() const
	{
		return *_pcount;
	}

	T& operator*()
	{
		return *_ptr;
	}

	T* operator->()
	{
		return _ptr;
	}

	operator bool()
	{
		return _ptr != nullptr;
	}

private:
	T* _ptr;
	//int* _pcount; // 引用计数
	atomic<int>* _pcount;

	// 删除器
	function<void(T*)> _del = [](T* ptr)->void {delete ptr; };
};

#include <thread>
#include <mutex>

struct AA
{
    int _a1 = 0;
    int _a2 = 0;
    ~AA()
    {
        cout << "~AA()" << endl;
    }
};

int main()
{
    bs::shared_ptr<AA> p(new AA);
    const size_t n = 100000;
    mutex mtx;
    auto func = [&]()
        {
            for (size_t i = 0; i < n; ++i)
            {
                // 这⾥智能指针拷⻉会++计数
                bs::shared_ptr<AA> copy(p);
                {
                    unique_lock<mutex> lk(mtx);
                    copy->_a1++;
                    copy->_a2++;
                }
            }
        };
    thread t1(func);
    thread t2(func);
    t1.join();
    t2.join();
    cout << p->_a1 << endl;
    cout << p->_a2 << endl;
    cout << p.use_count() << endl;

    return 0;
}

7. C++11和boost中智能指针的关系

  1. Boost库是为C++语⾔标准库提供扩展的⼀些C++程序库的总称，Boost社区建⽴的初衷之⼀就是为C++的标准化⼯作提供可供参考的实现，Boost社区的发起⼈Dawes本⼈就是C++标准委员会的成员之⼀。在Boost库的开发中，Boost社区也在这个⽅向上取得了丰硕的成果，C++11及之后的新语法和库有很多都是从Boost中来的。
  2. C++98中产⽣了第⼀个智能指针auto_ptr。
  3. C++boost给出了更实⽤的scoped_ptr/scoped_array和shared_ptr/shared_array和weak_ptr等.
  4. C++TR1，引⼊了shared_ptr等，不过注意的是TR1并不是标准版。
  5. C++11，引⼊了unique_ptr和shared_ptr和weak_ptr。需要注意的是unique_ptr对应boost的scoped_ptr。并且这些智能指针的实现原理是参考boost中的实现的。

8. 内存泄漏

8.1 什么是内存泄漏，内存泄漏的危害

什么是内存泄漏：内存泄漏指因为疏忽或错误造成程序未能释放已经不再使⽤的内存，⼀般是忘记释放或者发⽣异常释放程序未能执⾏导致的。内存泄漏并不是指内存在物理上的消失，⽽是应⽤程序分配某段内存后，因为设计错误，失去了对该段内存的控制，因⽽造成了内存的浪费。

内存泄漏的危害：普通程序运⾏⼀会就结束了出现内存泄漏问题也不⼤，进程正常结束，⻚表的映射关系解除，物理内存也可以释放。⻓期运⾏的程序出现内存泄漏，影响很⼤，如操作系统、后台服务、⻓时间运⾏的客户端等等，不断出现内存泄漏会导致可⽤内存不断变少，各种功能响应越来越慢，最终卡死。

int main()
{
    // 申请⼀个1G未释放，这个程序多次运⾏也没啥危害
    // 因为程序⻢上就结束，进程结束各种资源也就回收了
    char* ptr = new char[1024 * 1024 * 1024];
    cout << (void*)ptr << endl;

    return 0;
}

8.2 如何检测内存泄漏（了解）

  1. linux下内存泄漏检测：Linux下几款C++程序中的内存泄露检查工具
  2. windows下使⽤第三⽅⼯具：windows下的内存泄露检测工具VLD使用

8.3 如何避免内存泄漏

  1. ⼯程前期良好的设计规范，养成良好的编码规范，申请的内存空间记着匹配的去释放。ps：这个理想状态。但是如果碰上异常时，就算注意释放了，还是可能会出问题。需要下⼀条智能指针来管理才有保证。
  2. 尽量使⽤智能指针来管理资源，如果⾃⼰场景⽐较特殊，采⽤RAII思想⾃⼰造个轮⼦管理。
  3. 定期使⽤内存泄漏⼯具检测，尤其是每次项⽬快上线前，不过有些⼯具不够靠谱，或者是收费。
  4. 总结⼀下：内存泄漏⾮常常⻅，解决⽅案分为两种：1、事前预防型。如智能指针等。2、事后查错型。如泄漏检测⼯具。
# c++
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