智能指针

C++智能指针：防止内存泄漏，动态管理内存，分配-自动释放内存》》unique_ptr, shared_ptr, weak_ptr;属于封装类。

unique_ptr：unique_ptr实现独占式拥有或严格拥有概念，保证同一时间内只有一个智能指针可以指向该对象。它对于避免资源泄露，例如，以new创建对象后因为发生异常而忘记调用delete时的情形特别有用。

实现原理：将拷贝构造函数和赋值拷贝构造函数申明为private或delete。不允许拷贝构造函数和赋值操作符，但是支持移动构造函数，通过std:move把一个对象指针变成右值之后可以移动给另一个unique_ptr

shared_ptr：shared_ptr实现共享式拥有概念。多个智能指针可以指向相同对象，该对象和其相关资源会在“最后一个引用被销毁”时候释放。从名字share就可以看出了资源可以被多个指针共享，它使用计数机制来表明资源被几个指针共享。可以通过成员函数use_count()来查看资源的所有者个数。除了可以通过new来构造，还可以通过传入auto_ptr, unique_ptr,weak_ptr来构造。当我们调用release()时，当前指针会释放资源所有权，计数减一。当计数等于0时，资源会被释放。  shared_ptr 是为了解决 auto_ptr 在对象所有权上的局限性(auto_ptr 是独占的), 在使用引用计数的机制上提供了可以共享所有权的智能指针。

use_count 返回引用计数的个数 ;
unique 返回是否是独占所有权( use_count 为 1) ;
swap 交换两个 shared_ptr 对象(即交换所拥有的对象) ;
reset 放弃内部对象的所有权或拥有对象的变更, 会引起原有对象的引用计数的减少 ;
get 返回内部对象(指针), 由于已经重载了()方法, 因此和直接使用对象是一样的.如 shared_ptr sp(new int(1)); sp 与 sp.get()是等价的 ;

初始化：因为带有参数的 shared_ptr 构造函数是 explicit 类型的，所以不能像这样std::shared_ptr<int> p1 = new int();隐式调用它构造函数。创建新的shared_ptr对象的最佳方法是使用std :: make_shared：

std::shared_ptr<int> p1 = std::make_shared<int>(); SharedPtr<string> pstr(new string("abc"));

std::make_shared 一次性为int对象和用于引用计数的数据都分配了内存，而new操作符只是为int分配了内存。

-------共享所有权如何在参考计数的帮助下工作的？
1、当新的 shared_ptr 对象与指针关联时，则在其构造函数中，将与此指针关联的引用计数增加1。
2、当任何 shared_ptr 对象超出作用域时，则在其析构函数中，它将关联指针的引用计数减1。如果引用计数变为0，则表示没有其他 shared_ptr 对象与此内存关联，在这种情况下，它使用delete函数删除该内存。

----------创建 shared_ptr 时注意事项：不要使用同一个原始指针构造 shared_ptr；创建多个 shared_ptr 的正常方法是使用一个已存在的shared_ptr 进行创建，而不是使用同一个原始指针进行创建。

    int *num = new int(23);
    std::shared_ptr<int> p1(num);
    std::shared_ptr<int> p2(p1);  // 正确使用方法
    std::shared_ptr<int> p3(num); // 不推荐
    std::cout << "p1 Reference = " << p1.use_count() << std::endl; // 输出 2
    std::cout << "p2 Reference = " << p2.use_count() << std::endl; // 输出 2
    std::cout << "p3 Reference = " << p3.use_count() << std::endl; // 输出 1

假如使用原始指针num创建了p1，又同样方法创建了p3，当p1超出作用域时会调用delete释放num内存，此时num成了悬空指针，当p3超出作用域再次delete的时候就可能会出错。

weak_ptr：weak_ptr 是一种不控制对象生命周期的智能指针, 它指向一个 shared_ptr 管理的对象。进行该对象的内存管理的是那个强引用的 shared_ptr。weak_ptr只是提供了对管理对象的一个访问手段。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。weak_ptr是用来解决shared_ptr相互引用时的死锁问题，如果说两个shared_ptr相互引用，那么这两个指针的引用计数永远不可能下降为0,资源永远不会释放。它是对对象的一种弱引用，不会增加对象的引用计数，和shared_ptr之间可以相互转化，shared_ptr可以直接赋值给它，它可以通过调用lock函数来获得shared_ptr。

class B;
class A
{
public:
    shared_ptr<B> pb_;
    ~A()
{
    cout<<"A delete\n";
}
};
class B
{
public:
    shared_ptr<A> pa_;
    ~B()
{
    cout<<"B delete\n";
}
};
void fun()
{
    shared_ptr<B> pb(new B());
    shared_ptr<A> pa(new A());
    pb->pa_ = pa;
    pa->pb_ = pb;
    cout<<pb.use_count()<<endl;
    cout<<pa.use_count()<<endl;
}
int main()
{
    fun();
    return 0;
}

可以看到fun函数中pa ，pb之间互相引用，两个资源的引用计数为2，当要跳出函数时，智能指针pa，pb析构时两个资源引用计数会减一，但是两者引用计数还是为1，导致跳出函数时资源没有被释放（A B的析构函数没有被调用），如果把其中一个改为weak_ptr就可以了，我们把类A里面的shared_ptr pb_; 改为weak_ptr pb; 运行结果如下，这样的话，资源B的引用开始就只有1，当pb析构时，B的计数变为0，B得到释放，B释放的同时也会使A的计数减一，同时pa析构时使A的计数减一，那么A的计数为0，A得到释放。

注意：我们不能通过weak_ptr直接访问对象的方法，比如B对象中有一个方法print(),我们不能这样访问，pa->pb->print(); 英文pb是一个weak_ptr，应该先把它转化为shared_ptr，如：shared_ptr p = pa->pb_.lock(); p->print();

----------1.5.6 weak_ptr 能不能知道对象计数为 0，为什么？参考回答： 不能。
 weak_ptr是一种不控制对象生命周期的智能指针，它指向一个shared_ptr管理的对象。进行该对象管理的是那个引用的shared_ptr。weak_ptr只是提供了对管理 对象的一个访问手段。weak_ptr设计的目的只是为了配合shared_ptr而引入的一种智能指针，配合shared_ptr工作，它只可以从一个shared_ptr或者另一个weak_ptr对象构造，它的构造和析构不会引起计数的增加或减少。

--------1.5.7 weak_ptr 如何解决 shared_ptr 的循环引用问题？ 
参考回答： 为了解决循环引用导致的内存泄漏，引入了弱指针weak_ptr，weak_ptr的构造函数不会修改引用计数的值，从而不会对对象的内存进行管理，其类似一个普通指针，但是不会指向引用计数的共享内存，但是可以检测到所管理的对象是否已经被释放，从而避免非法访问。

------------线程安全性

多线程环境下，调用不同shared_ptr实例的成员函数是不需要额外的同步手段的，即使这些shared_ptr拥有的是同样的对象。但是如果多线程访问（有写操作）同一个shared_ptr，则需要同步，否则就会有race condition 发生。也可以使用 shared_ptr overloads of atomic functions来防止race condition的发生。多个线程同时读同一个shared_ptr对象是线程安全的，但是如果是多个线程对同一个shared_ptr对象进行读和写，则需要加锁。
 多线程读写shared_ptr所指向的同一个对象，不管是相同的shared_ptr对象，还是不同的shared_ptr对象，也需要加锁保护。例子如下：

shared_ptr<long> global_instance = make_shared<long>(0);
std::mutex g_i_mutex;
 
void thread_fcn()
{
    //std::lock_guard<std::mutex> lock(g_i_mutex);
    //shared_ptr<long> local = global_instance;
    for(int i = 0; i < 100000000; i++)
    {
        *global_instance = *global_instance + 1;
        //*local = *local + 1;
    }
} 
int main(int argc, char** argv)
{
    thread thread1(thread_fcn);
    thread thread2(thread_fcn);
    thread1.join();
    thread2.join();
    cout << "*global_instance is " << *global_instance << endl;
    return 0;
}

在线程函数thread_fcn的for循环中，2个线程同时对global_instance进行加1的操作。这就是典型的非线程安全的场景，最后的结果是未定的，运行结果如下：   *global_instance is 197240539
 如果使用的是每个线程的局部shared_ptr对象local，因为这些local指向相同的对象，因此结果也是未定的，运行结果如下：   *global_instance is 160285803
 因此，这种情况下必须加锁，将thread_fcn中的第一行代码的注释去掉之后，不管是使用global_instance，还是使用local，得到的结果都是：   *global_instance is 200000000。