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C++ 智能指针 – 全部用法详解[通俗易懂]

老牧童 • • 未分类 • 阅读 221

C++ 智能指针 – 全部用法详解[通俗易懂]血的教训？不学智能指针，本人丢了一份工作。_1671465600

大家好，欢迎来到IT知识分享网。

为什么要学习智能指针？
咳咳，这个问题不是问大家的，是询问我自己的！
我依稀记得刚离校出来找实习工作那会，去面试一份工作，其中有一个环节需要答题；有一道题目就是问什么是智能指针？卧槽？当时我就懵逼，智能指针我压根就没有听说过…
最后，面试的这份工作理所应当的黄了。
差不多是一年前左右吧，现在趁有闲余时间，学习一下智能指针，丰富一下自己！

目录

一、为什么要使用智能指针

一句话带过：智能指针就是帮我们C++程序员管理动态分配的内存的，它会帮助我们自动释放new出来的内存，从而避免内存泄漏！

如下例子就是内存泄露的例子：

#include <iostream>
#include <string>
#include <memory>

using namespace std;


// 动态分配内存，没有释放就return
void memoryLeak1() { 
   
	string *str = new string("动态分配内存！");
	return;
}

// 动态分配内存，虽然有些释放内存的代码，但是被半路截胡return了
int memoryLeak2() { 
   
	string *str = new string("内存泄露！");

	// ...此处省略一万行代码

	// 发生某些异常，需要结束函数
	if (1) { 
   
		return -1;
	}
	/
	// 另外，使用try、catch结束函数，也会造成内存泄漏！
	/

	delete str;	// 虽然写了释放内存的代码，但是遭到函数中段返回，使得指针没有得到释放
	return 1;
}


int main(void) { 
   

	memoryLeak1();

	memoryLeak2();

	return 0;
}

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memoryLeak1函数中，new了一个字符串指针，但是没有delete就已经return结束函数了，导致内存没有被释放，内存泄露！
memoryLeak2函数中，new了一个字符串指针，虽然在函数末尾有些释放内存的代码delete str，但是在delete之前就已经return了，所以内存也没有被释放，内存泄露！

使用指针，我们没有释放，就会造成内存泄露。但是我们使用普通对象却不会！

思考：如果我们分配的动态内存都交由有生命周期的对象来处理，那么在对象过期时，让它的析构函数删除指向的内存，这看似是一个 very nice 的方案？

智能指针就是通过这个原理来解决指针自动释放的问题！

  1. C++98 提供了 auto_ptr 模板的解决方案
  2. C++11 增加unique_ptr、shared_ptr 和weak_ptr

二、auto_ptr

auto_ptr 是c++ 98定义的智能指针模板，其定义了管理指针的对象，可以将new 获得（直接或间接）的地址赋给这种对象。当对象过期时，其析构函数将使用delete 来释放内存！

用法:
头文件: #include < memory >
用 法: auto_ptr<类型> 变量名(new 类型)

例 如:
auto_ptr< string > str(new string(“我要成为大牛~ 变得很牛逼！”));
auto_ptr<vector< int >> av(new vector< int >());
auto_ptr< int > array(new int[10]);

例：
我们先定义一个类，类的构造函数和析构函数都输出一个字符串用作提示！
定义一个私有成员变量，赋值20.
再定义一个私有成员方法用于返回这个私有成员变量。

IT知识分享网class Test { 
   
public:
	Test() { 
    cout << "Test的构造函数..." << endl; }
	~Test() { 
    cout << "Test的析构函数..." << endl; }

	int getDebug() { 
    return this->debug; }

private:
	int debug = 20;
};

当我们直接new这个类的对象，却没有释放时。。。

int main(void) { 
   
	Test *test = new Test;

	return 0;
}

在这里插入图片描述

可以看到，只是打印了构造函数这个字符串，而析构函数的字符却没有被打印，说明并没有调用析构函数！这就导致了内存泄露！
解决内存泄露的办法，要么手动delete，要么使用智能指针！

使用智能指针：

IT知识分享网// 定义智能指针
auto_ptr<Test> test(new Test);

智能指针可以像普通指针那样使用：

cout << "test->debug：" << test->getDebug() << endl;
cout << "(*test).debug：" << (*test).getDebug() << endl;

这时再试试：

int main(void) { 
   

	//Test *test = new Test;
	auto_ptr<Test> test(new Test);

	cout << "test->debug：" << test->getDebug() << endl;
	cout << "(*test).debug：" << (*test).getDebug() << endl;

	return 0;
}

在这里插入图片描述
自动调用了析构函数。
为什么智能指针可以像普通指针那样使用？？？
因为其里面重载了 * 和 -> 运算符， * 返回普通对象，而 -> 返回指针对象。
在这里插入图片描述
具体原因不用深究，只需知道他为什么可以这样操作就像！
函数中返回的是调用get()方法返回的值，那么这个get()是什么呢？

智能指针的三个常用函数：

  1. get() 获取智能指针托管的指针地址

    // 定义智能指针
auto_ptr<Test> test(new Test);

Test *tmp = test.get();		// 获取指针返回
cout << "tmp->debug：" << tmp->getDebug() << endl;

    但我们一般不会这样使用，因为都可以直接使用智能指针去操作，除非有一些特殊情况。
    函数原型：

    _NODISCARD _Ty * get() const noexcept
{ 
     	// return wrapped pointer
	return (_Myptr);
}

  2. release() 取消智能指针对动态内存的托管

    // 定义智能指针
auto_ptr<Test> test(new Test);

Test *tmp2 = test.release();	// 取消智能指针对动态内存的托管
delete tmp2;	// 之前分配的内存需要自己手动释放

    也就是智能指针不再对该指针进行管理，改由管理员进行管理！
    函数原型：

    _Ty * release() noexcept
{ 
     	// return wrapped pointer and give up ownership
	_Ty * _Tmp = _Myptr;
	_Myptr = nullptr;
	return (_Tmp);
}

  3. reset() 重置智能指针托管的内存地址，如果地址不一致，原来的会被析构掉

    // 定义智能指针
auto_ptr<Test> test(new Test);

test.reset();			// 释放掉智能指针托管的指针内存，并将其置NULL

test.reset(new Test());	// 释放掉智能指针托管的指针内存，并将参数指针取代之

    reset函数会将参数的指针(不指定则为NULL)，与托管的指针比较，如果地址不一致，那么就会析构掉原来托管的指针，然后使用参数的指针替代之。然后智能指针就会托管参数的那个指针了。
    函数原型：

    void reset(_Ty * _Ptr = nullptr)
{ 
     	// destroy designated object and store new pointer
	if (_Ptr != _Myptr)
		delete _Myptr;
	_Myptr = _Ptr;
}

使用建议：

  1. 尽可能不要将auto_ptr 变量定义为全局变量或指针；

    // 没有意义，全局变量也是一样
auto_ptr<Test> *tp = new auto_ptr<Test>(new Test);

  2. 除非自己知道后果，不要把auto_ptr 智能指针赋值给同类型的另外一个 智能指针；

    auto_ptr<Test> t1(new Test);
auto_ptr<Test> t2(new Test);
t1 = t2;	// 不要这样操作...

  3. C++11 后auto_ptr 已经被“抛弃”，已使用unique_ptr替代！C++11后不建议使用auto_ptr。

  4. auto_ptr 被C++11抛弃的主要原因

    1). 复制或者赋值都会改变资源的所有权

    // auto_ptr 被C++11抛弃的主要原因
auto_ptr<string> p1(new string("I'm Li Ming!"));
auto_ptr<string> p2(new string("I'm age 22."));

cout << "p1：" << p1.get() << endl;
cout << "p2：" << p2.get() << endl;

// p2赋值给p1后，首先p1会先将自己原先托管的指针释放掉，然后接收托管p2所托管的指针，
// 然后p2所托管的指针制NULL，也就是p1托管了p2托管的指针，而p2放弃了托管。
p1 = p2;	
cout << "p1 = p2 赋值后：" << endl;
cout << "p1：" << p1.get() << endl;
cout << "p2：" << p2.get() << endl;

    在这里插入图片描述

    2). 在STL容器中使用auto_ptr存在着重大风险，因为容器内的元素必须支持可复制和可赋值

    vector<auto_ptr<string>> vec;
auto_ptr<string> p3(new string("I'm P3"));
auto_ptr<string> p4(new string("I'm P4"));

// 必须使用std::move修饰成右值，才可以进行插入容器中
vec.push_back(std::move(p3));
vec.push_back(std::move(p4));

cout << "vec.at(0)：" <<  *vec.at(0) << endl;
cout << "vec[1]：" <<  *vec[1] << endl;


// 风险来了：
vec[0] = vec[1];	// 如果进行赋值，问题又回到了上面一个问题中。
cout << "vec.at(0)：" << *vec.at(0) << endl;
cout << "vec[1]：" << *vec[1] << endl;

    访问越界了！
    在这里插入图片描述

    3). 不支持对象数组的内存管理

    auto_ptr<int[]> array(new int[5]);	// 不能这样定义

    在这里插入图片描述

所以，C++11用更严谨的unique_ptr 取代了auto_ptr！

测试代码：

#include <iostream>
#include <string>
#include <memory>
#include <vector>

using namespace std;

class Test { 
   
public:
	Test() { 
    cout << "Test的构造函数..." << endl; }
	~Test() { 
    cout << "Test的析构函数..." << endl; }

	int getDebug() { 
    return this->debug; }

private:
	int debug = 20;
};

// 不要定义为全局变量，没有意义
//auto_ptr<Test> test(new Test);

void memoryLeak1() { 
   
	//Test *test = new Test;

	// 定义智能指针
	auto_ptr<Test> test(new Test);
	
	cout << "test->debug：" << test->getDebug() << endl;
	cout << "(*test).debug：" << (*test).getDebug() << endl;


	// get方法
	Test *tmp = test.get();		// 获取指针返回
	cout << "tmp->debug：" << tmp->getDebug() << endl;


	// release方法
	Test *tmp2 = test.release();	// 取消智能指针对动态内存的托管
	delete tmp2;	// 之前分配的内存需要自己手动释放


	// reset方法：重置智能指针托管的内存地址，如果地址不一致，原来的会被析构掉
	test.reset();			// 释放掉智能指针托管的指针内存，并将其置NULL
	test.reset(new Test());	// 释放掉智能指针托管的指针内存，并将参数指针取代之


	// 忠告：不要将智能指针定义为指针
	//auto_ptr<Test> *tp = new auto_ptr<Test>(new Test);

	// 忠告：不要定义指向智能指针对象的指针变量
	//auto_ptr<Test> t1(new Test);
	//auto_ptr<Test> t2(new Test);
	//t1 = t2;

	return;
}

int memoryLeak2() { 
   
	//Test *test = new Test();

	// 定义智能指针
	auto_ptr<Test> test(new Test);

	// ...此处省略一万行代码

	// 发生某些异常，需要结束函数
	if (1) { 
   
		return -1;
	}

	//delete test;
	return 1;
}


int main1(void) { 
   

	//memoryLeak1();

	//memoryLeak2();

	//Test *test = new Test;
	//auto_ptr<Test> test(new Test);

	//cout << "test->debug：" << test->getDebug() << endl;
	//cout << "(*test).debug：" << (*test).getDebug() << endl;


	 auto_ptr 被C++11抛弃的主要原因
	//auto_ptr<string> p1(new string("I'm Li Ming!"));
	//auto_ptr<string> p2(new string("I'm age 22."));
	//
	//cout << "p1：" << p1.get() << endl;
	//cout << "p2：" << p2.get() << endl;

	//p1 = p2;
	//cout << "p1 = p2 赋值后：" << endl;
	//cout << "p1：" << p1.get() << endl;
	//cout << "p2：" << p2.get() << endl;



	// 弊端2.在STL容器中使用auto_ptr存在着重大风险，因为容器内的元素必须支持可复制
	vector<auto_ptr<string>> vec;
	auto_ptr<string> p3(new string("I'm P3"));
	auto_ptr<string> p4(new string("I'm P4"));

	vec.push_back(std::move(p3));
	vec.push_back(std::move(p4));

	cout << "vec.at(0)：" <<  *vec.at(0) << endl;
	cout << "vec[1]：" <<  *vec[1] << endl;


	// 风险来了：
	vec[0] = vec[1];
	cout << "vec.at(0)：" << *vec.at(0) << endl;
	cout << "vec[1]：" << *vec[1] << endl;


	// 弊端3.不支持对象数组的内存管理
	//auto_ptr<int[]> array(new int[5]); // 不能这样定义
	return 0;
}

三、unique_ptr

auto_ptr是用于C++11之前的智能指针。由于 auto_ptr 基于排他所有权模式：两个指针不能指向同一个资源，复制或赋值都会改变资源的所有权。auto_ptr 主要有三大问题：

  1. 复制和赋值会改变资源的所有权，不符合人的直觉。
  2. 在 STL 容器中使用auto_ptr存在重大风险，因为容器内的元素必需支持可复制（copy constructable）和可赋值（assignable）。
  3. 不支持对象数组的操作

以上问题已经在上面体现出来了，下面将使用unique_ptr解决这些问题。

所以，C++11用更严谨的unique_ptr 取代了auto_ptr！

unique_ptr 和 auto_ptr用法几乎一样，除了一些特殊。

unique_ptr特性

  1. 基于排他所有权模式：两个指针不能指向同一个资源
  2. 无法进行左值unique_ptr复制构造，也无法进行左值复制赋值操作，但允许临时右值赋值构造和赋值
  3. 保存指向某个对象的指针，当它本身离开作用域时会自动释放它指向的对象。
  4. 在容器中保存指针是安全的

A. 无法进行左值复制赋值操作，但允许临时右值赋值构造和赋值

unique_ptr<string> p1(new string("I'm Li Ming!"));
unique_ptr<string> p2(new string("I'm age 22."));
	
cout << "p1：" << p1.get() << endl;
cout << "p2：" << p2.get() << endl;

p1 = p2;					// 禁止左值赋值
unique_ptr<string> p3(p2);	// 禁止左值赋值构造

unique_ptr<string> p3(std::move(p1));
p1 = std::move(p2);	// 使用move把左值转成右值就可以赋值了，效果和auto_ptr赋值一样

cout << "p1 = p2 赋值后：" << endl;
cout << "p1：" << p1.get() << endl;
cout << "p2：" << p2.get() << endl;

在这里插入图片描述

运行截图：
在这里插入图片描述

B. 在 STL 容器中使用unique_ptr，不允许直接赋值

vector<unique_ptr<string>> vec;
unique_ptr<string> p3(new string("I'm P3"));
unique_ptr<string> p4(new string("I'm P4"));

vec.push_back(std::move(p3));
vec.push_back(std::move(p4));

cout << "vec.at(0)：" << *vec.at(0) << endl;
cout << "vec[1]：" << *vec[1] << endl;

vec[0] = vec[1];	/* 不允许直接赋值 */
vec[0] = std::move(vec[1]);		// 需要使用move修饰，使得程序员知道后果

cout << "vec.at(0)：" << *vec.at(0) << endl;
cout << "vec[1]：" << *vec[1] << endl;

在这里插入图片描述

当然，运行后是直接报错的，因为vec[1]已经是NULL了，再继续访问就越界了。

C. 支持对象数组的内存管理

// 会自动调用delete [] 函数去释放内存
unique_ptr<int[]> array(new int[5]);	// 支持这样定义

除了上面ABC三项外，unique_ptr的其余用法都与auto_ptr用法一致。

  1. 构造

    class Test { 
     
public:
	Test() { 
      cout << "Test的构造函数..." << endl; }
	~Test() { 
      cout << "Test的析构函数..." << endl; }

	void doSomething() { 
      cout << "do something......" << endl; }
};


// 自定义一个内存释放其
class DestructTest { 
     
	public:
	void operator()(Test *pt) { 
     
		pt->doSomething();
		delete pt;
	}
};

// unique_ptr<T> up; 空的unique_ptr，可以指向类型为T的对象
unique_ptr<Test> t1;

// unique_ptr<T> up1(new T()); 定义unique_ptr,同时指向类型为T的对象
unique_ptr<Test> t2(new Test);

// unique_ptr<T[]> up; 空的unique_ptr，可以指向类型为T[的数组对象
unique_ptr<int[]> t3;

// unique_ptr<T[]> up1(new T[]); 定义unique_ptr,同时指向类型为T的数组对象
unique_ptr<int[]> t4(new int[5]);

// unique_ptr<T, D> up(); 空的unique_ptr，接受一个D类型的删除器D，使用D释放内存
unique_ptr<Test, DestructTest> t5;

// unique_ptr<T, D> up(new T()); 定义unique_ptr,同时指向类型为T的对象，接受一个D类型的删除器D，使用删除器D来释放内存
unique_ptr<Test, DestructTest> t6(new Test);

  2. 赋值

    unique_ptr<Test> t7(new Test);
unique_ptr<Test> t8(new Test);
t7 = std::move(t8);	// 必须使用移动语义，结果，t7的内存释放，t8的内存交给t7管理
t7->doSomething();

  3. 主动释放对象

    unique_ptr<Test> t9(new Test);
t9 = NULL;
t9 = nullptr;
t9.reset();

  4. 放弃对象的控制权

    Test *t10 = t9.release();

  5. 重置

    t9.reset(new Test);

auto_ptr 与 unique_ptr智能指针的内存管理陷阱

auto_ptr<string> p1;
string *str = new string("智能指针的内存管理陷阱");
p1.reset(str);	// p1托管str指针
{ 
   
	auto_ptr<string> p2;
	p2.reset(str);	// p2接管str指针时，会先取消p1的托管，然后再对str的托管
}

// 此时p1已经没有托管内容指针了，为NULL，在使用它就会内存报错！
cout << "str：" << *p1 << endl;

在这里插入图片描述
这是由于auto_ptr 与 unique_ptr的排他性所导致的！
为了解决这样的问题，我们可以使用shared_ptr指针指针！

四、shared_ptr

熟悉了unique_ptr 后，其实我们发现unique_ptr 这种排他型的内存管理并不能适应所有情况，有很大的局限！如果需要多个指针变量共享怎么办？

如果有一种方式，可以记录引用特定内存对象的智能指针数量，当复制或拷贝时，引用计数加1，当智能指针析构时，引用计数减1，如果计数为零，代表已经没有指针指向这块内存，那么我们就释放它！这就是 shared_ptr 采用的策略！

在这里插入图片描述

例：

class Person { 
   
public:
	Person(int v) { 
   
		this->no = v;
		cout << "构造函数 \t no = " << this->no << endl;
	}

	~Person() { 
   
		cout << "析构函数 \t no = " << this->no << endl;
	}

private:
	int no;
};

// 仿函数，内存删除
class DestructPerson { 
   
public:
	void operator() (Person *pt) { 
   
		cout << "DestructPerson..." << endl;
		delete pt;
	}
};

  1. 引用计数的使用

    调用use_count函数可以获得当前托管指针的引用计数。

    shared_ptr<Person> sp1;

shared_ptr<Person> sp2(new Person(2));

// 获取智能指针管控的共享指针的数量 use_count()：引用计数
cout << "sp1 use_count() = " << sp1.use_count() << endl;
cout << "sp2 use_count() = " << sp2.use_count() << endl << endl;

// 共享
sp1 = sp2;

cout << "sp1 use_count() = " << sp1.use_count() << endl;
cout << "sp2 use_count() = " << sp2.use_count() << endl << endl;

shared_ptr<Person> sp3(sp1);
cout << "sp1 use_count() = " << sp1.use_count() << endl;
cout << "sp2 use_count() = " << sp2.use_count() << endl;
cout << "sp2 use_count() = " << sp3.use_count() << endl << endl;

    如上代码，sp1 = sp2; 和 shared_ptr< Person > sp3(sp1);就是在使用引用计数了。

    sp1 = sp2; –> sp1和sp2共同托管同一个指针，所以他们的引用计数为2；
    shared_ptr< Person > sp3(sp1); –> sp1和sp2和sp3共同托管同一个指针，所以他们的引用计数为3；
    在这里插入图片描述

  2. 构造

    1). shared_ptr< T > sp1; 空的shared_ptr，可以指向类型为T的对象

    shared_ptr<Person> sp1;
Person *person1 = new Person(1);
sp1.reset(person1);	// 托管person1

    2). shared_ptr< T > sp2(new T()); 定义shared_ptr,同时指向类型为T的对象

    shared_ptr<Person> sp2(new Person(2));
shared_ptr<Person> sp3(sp1);

    3). shared_ptr<T[]> sp4; 空的shared_ptr，可以指向类型为T[]的数组对象 C++17后支持

    shared_ptr<Person[]> sp4;

    4). shared_ptr<T[]> sp5(new T[] { … }); 指向类型为T的数组对象 C++17后支持

    shared_ptr<Person[]> sp5(new Person[5] { 
      3, 4, 5, 6, 7 });

    5). shared_ptr< T > sp6(NULL, D()); //空的shared_ptr，接受一个D类型的删除器，使用D释放内存

    shared_ptr<Person> sp6(NULL, DestructPerson());

    6). shared_ptr< T > sp7(new T(), D()); //定义shared_ptr,指向类型为T的对象，接受一个D类型的删除器，使用D删除器来释放内存

    shared_ptr<Person> sp7(new Person(8), DestructPerson());

  3. 初始化

    1). 方式一：构造函数

    shared_ptr<int> up1(new int(10));  // int(10) 的引用计数为1
shared_ptr<int> up2(up1);  // 使用智能指针up1构造up2, 此时int(10) 引用计数为2

    2). 方式二：使用make_shared 初始化对象，分配内存效率更高(推荐使用)
    make_shared函数的主要功能是在动态内存中分配一个对象并初始化它，返回指向此对象的shared_ptr; 用法：
    make_shared<类型>(构造类型对象需要的参数列表);

    shared_ptr<int> up3 = make_shared<int>(2); // 多个参数以逗号','隔开，最多接受十个
shared_ptr<string> up4 = make_shared<string>("字符串");
shared_ptr<Person> up5 = make_shared<Person>(9);

  4. 赋值

    shared_ptrr<int> up1(new int(10));  // int(10) 的引用计数为1
shared_ptr<int> up2(new int(11));   // int(11) 的引用计数为1
up1 = up2;	// int(10) 的引用计数减1,计数归零内存释放，up2共享int(11)给up1, int(11)的引用计数为2

  5. 主动释放对象

    shared_ptrr<int> up1(new int(10));
up1 = nullptr ;	// int(10) 的引用计数减1,计数归零内存释放 
// 或
up1 = NULL; // 作用同上

  6. 重置
    p.reset() ; 将p重置为空指针，所管理对象引用计数 减1
    p.reset(p1); 将p重置为p1（的值）,p 管控的对象计数减1，p接管对p1指针的管控
    p.reset(p1,d); 将p重置为p1（的值），p 管控的对象计数减1并使用d作为删除器
    p1是一个指针！

  7. 交换
    p1 和 p2 是智能指针

    std::swap(p1,p2); // 交换p1 和p2 管理的对象，原对象的引用计数不变
p1.swap(p2);    // 交换p1 和p2 管理的对象，原对象的引用计数不变

shared_ptr使用陷阱

shared_ptr作为被管控的对象的成员时，小心因循环引用造成无法释放资源!

如下代码：
Boy类中有Girl的智能指针；
Girl类中有Boy的智能指针；
当他们交叉互相持有对方的管理对象时…

#include <iostream>
#include <string>
#include <memory>

using namespace std;

class Girl;

class Boy { 
   
public:
	Boy() { 
   
		cout << "Boy 构造函数" << endl;
	}

	~Boy() { 
   
		cout << "~Boy 析构函数" << endl;
	}

	void setGirlFriend(shared_ptr<Girl> _girlFriend) { 
   
		this->girlFriend = _girlFriend;
	}

private:
	shared_ptr<Girl> girlFriend;
};

class Girl { 
   
public:
	Girl() { 
   
		cout << "Girl 构造函数" << endl;
	}

	~Girl() { 
   
		cout << "~Girl 析构函数" << endl;
	}

	void setBoyFriend(shared_ptr<Boy> _boyFriend) { 
   
		this->boyFriend = _boyFriend;
	}

private:
	shared_ptr<Boy> boyFriend;
};


void useTrap() { 
   
	shared_ptr<Boy> spBoy(new Boy());
	shared_ptr<Girl> spGirl(new Girl());

	// 陷阱用法
	spBoy->setGirlFriend(spGirl);
	spGirl->setBoyFriend(spBoy);
	// 此时boy和girl的引用计数都是2
}


int main(void) { 
   
	useTrap();

	system("pause");
	return 0;
}

运行截图：

在这里插入图片描述

可以看出，程序结束了，但是并没有释放内存，这是为什么呢？？？

如下图：
当我们执行useTrap函数时，注意，是没有结束此函数，boy和girl指针其实是被两个智能指针托管的，所以他们的引用计数是2
在这里插入图片描述

useTrap函数结束后，函数中定义的智能指针被清掉，boy和girl指针的引用计数减1，还剩下1，对象中的智能指针还是托管他们的，所以函数结束后没有将boy和gilr指针释放的原因就是于此。
在这里插入图片描述

所以在使用shared_ptr智能指针时，要注意避免对象交叉使用智能指针的情况！ 否则会导致内存泄露！

当然，这也是有办法解决的，那就是使用weak_ptr弱指针。

针对上面的情况，还讲一下另一种情况。如果是单方获得管理对方的共享指针，那么这样着是可以正常释放掉的！
例如：

void useTrap() { 
   
	shared_ptr<Boy> spBoy(new Boy());
	shared_ptr<Girl> spGirl(new Girl());

	// 单方获得管理
	//spBoy->setGirlFriend(spGirl);
	spGirl->setBoyFriend(spBoy);	
}

在这里插入图片描述
反过来也是一样的！

这是什么原理呢？

  1. 首先释放spBoy，但是因为girl对象里面的智能指针还托管着boy，boy的引用计数为2，所以释放spBoy时，引用计数减1，boy的引用计数为1；
  2. 在释放spGirl，girl的引用计数减1，为零，开始释放girl的内存，因为girl里面还包含有托管boy的智能指针对象，所以也会进行boyFriend的内存释放，boy的引用计数减1，为零，接着开始释放boy的内存。最终所有的内存都释放了。

五、weak_ptr

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。 同时weak_ptr 没有重载*和->但可以使用 lock 获得一个可用的 shared_ptr 对象。

  1. 弱指针的使用；
    weak_ptr wpGirl_1; // 定义空的弱指针
    weak_ptr wpGirl_2(spGirl); // 使用共享指针构造
    wpGirl_1 = spGirl; // 允许共享指针赋值给弱指针

  2. 弱指针也可以获得引用计数；
    wpGirl_1.use_count()

  3. 弱指针不支持 * 和 -> 对指针的访问；
    在这里插入图片描述

  4. 在必要的使用可以转换成共享指针 lock()；

    shared_ptr<Girl> sp_girl;
sp_girl = wpGirl_1.lock();

// 使用完之后，再将共享指针置NULL即可
sp_girl = NULL;

使用代码：

shared_ptr<Boy> spBoy(new Boy());
shared_ptr<Girl> spGirl(new Girl());

// 弱指针的使用
weak_ptr<Girl> wpGirl_1;			// 定义空的弱指针
weak_ptr<Girl> wpGirl_2(spGirl);	// 使用共享指针构造
wpGirl_1 = spGirl;					// 允许共享指针赋值给弱指针

cout << "spGirl \t use_count = " << spGirl.use_count() << endl;
cout << "wpGirl_1 \t use_count = " << wpGirl_1.use_count() << endl;

	
// 弱指针不支持 * 和 -> 对指针的访问
/*wpGirl_1->setBoyFriend(spBoy); (*wpGirl_1).setBoyFriend(spBoy);*/

// 在必要的使用可以转换成共享指针
shared_ptr<Girl> sp_girl;
sp_girl = wpGirl_1.lock();

cout << sp_girl.use_count() << endl;
// 使用完之后，再将共享指针置NULL即可
sp_girl = NULL;

当然这只是一些使用上的小例子，具体用法如下：

请看Boy类

#include <iostream>
#include <string>
#include <memory>

using namespace std;

class Girl;

class Boy { 
   
public:
	Boy() { 
   
		cout << "Boy 构造函数" << endl;
	}

	~Boy() { 
   
		cout << "~Boy 析构函数" << endl;
	}

	void setGirlFriend(shared_ptr<Girl> _girlFriend) { 
   
		this->girlFriend = _girlFriend;


		// 在必要的使用可以转换成共享指针
		shared_ptr<Girl> sp_girl;
		sp_girl = this->girlFriend.lock();

		cout << sp_girl.use_count() << endl;
		// 使用完之后，再将共享指针置NULL即可
		sp_girl = NULL;
	}

private:
	weak_ptr<Girl> girlFriend;
};

class Girl { 
   
public:
	Girl() { 
   
		cout << "Girl 构造函数" << endl;
	}

	~Girl() { 
   
		cout << "~Girl 析构函数" << endl;
	}

	void setBoyFriend(shared_ptr<Boy> _boyFriend) { 
   
		this->boyFriend = _boyFriend;
	}

private:
	shared_ptr<Boy> boyFriend;
};


void useTrap() { 
   
	shared_ptr<Boy> spBoy(new Boy());
	shared_ptr<Girl> spGirl(new Girl());

	spBoy->setGirlFriend(spGirl);
	spGirl->setBoyFriend(spBoy);
}


int main(void) { 
   
	useTrap();

	system("pause");
	return 0;
}

在这里插入图片描述

在类中使用弱指针接管共享指针，在需要使用时就转换成共享指针去使用即可！

自此问题完美解决！

expired函数的用法
应评论区某位朋友的要求，现在加上weak_ptr指针的expired函数的用法!

expired：判断当前weak_ptr智能指针是否还有托管的对象，有则返回false，无则返回true

如果返回true，等价于 use_count() == 0，即已经没有托管的对象了；当然，可能还有析构函数进行释放内存，但此对象的析构已经临近（或可能已发生）。

示例
演示如何用 expired 检查指针的合法性。
在网上找了一段代码，加上自己的注释理解

#include <iostream>
#include <memory>

std::weak_ptr<int> gw;

void f() { 
   

	// expired：判断当前智能指针是否还有托管的对象，有则返回false，无则返回true
	if (!gw.expired()) { 
   
		std::cout << "gw is valid\n";	// 有效的，还有托管的指针
	} else { 
   
		std::cout << "gw is expired\n";	// 过期的，没有托管的指针
	}
}

int main() { 
   
	{ 
   
		auto sp = std::make_shared<int>(42);
		gw = sp;

		f();
	}

	// 当{ }体中的指针生命周期结束后，再来判断其是否还有托管的指针
	f();

	return 0;
}

在这里插入图片描述

在 { } 中，gw的生命周期还在，他还在托管着make_shared赋值的指针，所以调用f()函数时打印”gw is valid\n”;
当执行完 { } 后，gw的生命周期已经结束，已经调用析构函数释放make_shared指针内存，gw已经没有在托管任何指针了，调用expired()函数返回true，所以打印”gw is expired\n”;

六、智能指针的使用陷阱

  1. 不要把一个原生指针给多个智能指针管理;

    int *x = new int(10);
    unique_ptr< int > up1(x);
    unique_ptr< int > up2(x);
    // 警告! 以上代码使up1 up2指向同一个内存,非常危险
    或以下形式：
    up1.reset(x);
    up2.reset(x);

  2. 记得使用u.release()的返回值;
    在调用u.release()时是不会释放u所指的内存的，这时返回值就是对这块内存的唯一索引，如果没有使用这个返回值释放内存或是保存起来，这块内存就泄漏了.

  3. 禁止delete 智能指针get 函数返回的指针;
    如果我们主动释放掉get 函数获得的指针，那么智能 指针内部的指针就变成野指针了，析构时造成重复释放，带来严重后果!

  4. 禁止用任何类型智能指针get 函数返回的指针去初始化另外一个智能指针！
    shared_ptr< int > sp1(new int(10));
    // 一个典型的错误用法 shared_ptr< int > sp4(sp1.get());

七、总结

智能指针虽然使用起来很方便，但是要注意使用智能指针的一些陷阱，否则会造成严重的内存报错或者内存泄露等问题！

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