C++內存管理之智能指針

使用C++，最重要的一塊技能就是內存的分配和管理。這也是C/C++ 中陷阱最多的地方。說來慚愧，我曾經寫過一個獲取網卡信息的接口，有一個返回分支沒有調用free函數釋放資源，運行時間常了之後，進程佔用的內存越來越大。後來自己總結，要避免這種錯誤的發生，一個是自身要檢查好代碼，可以使用其他輔助工具如 靜態代碼檢查工具CppCheck 和 內存泄漏valgrid等。
對於JAVA開發，就不必花那麼多精力去關心內存問題。C++ 在這塊的改進最明顯的就是引入了智能指針，不必再擔心是否忘記釋放內存。一些搞跨平臺開發的項目對這個可能要求不高，因爲工程可能要兼容很多平臺，有些平臺的C++運行環境未必支持指針，但這畢竟不是主流，智能指針還是要了解一下的。
我曾經寫過一個函數追蹤的類，大概功能是，在要追蹤的函數裏面聲明一個追蹤類對象，然後把函數名 __ FUNC_NAME __ 作爲初始化參數傳遞進去。這個tracer類，內部只實現構造和析構。因爲函數開始的時候，對象開始構造，函數結束之前銷燬對象。在構造函數中，打印一句func_name 開始了，析構函數中打印一句， func_name結束了。這裏面的一個原理，是棧變量離開作用域時，會自動銷燬。智能指針本質上是一個對象，它重載了*和->運算符，在行爲上和普通指針的使用相同。爲了兼容不同類型，裏面用到了模板技術。
STL提供的智能指針有四種，auto_ptr, unique_ptr, share_ptr, weak_ptr, 瞭解了他們之間的關係就很容易記住和使用。使用這四個指針，需要引入頭文件

#include <memory>
using namespace std;

1. auto_ptr實現了智能指針的基本功能，但是當右值時，會被剝奪資源，再次訪問時，易出錯。現在C++11，已明確廢棄，不提倡使用了。

    auto_ptr<int> a1(new int(1));
    auto_ptr<int> a2 = a1;
    // get函數返回真正的指針
    if(a1.get() == NULL)
        cout << "a1 is null"<<endl;
    else
        cout<<*a1<<endl;

    if(a2.get() == NULL)
        cout << "a2 is null"<<endl;
    else
        cout<<*a2<<endl;

2. unique_ptr 是解決了auto_ptr的問題，它不允許賦值給其他智能指針. unique_ptr獨佔資源所有權，離開作用域時，釋放資源。

    unique_ptr<int> u1(new int(5));
    //unique_ptr<int> u2 = u1;  //error
    //unique_ptr<int> u3(u1);   //error
    cout<<*u1<<endl;
    auto us = make_unique<Simple>();// C++ 14

3. shared_ptr 用來解決共享資源的情況，它內部採用了引用計數。

    shared_ptr<int> s1(new int(6));
    shared_ptr<int> s2 = s1;
    shared_ptr<int> s3(s1);
    cout<<*s1<<endl;
    cout<<*s2<<endl;
    cout<<*s3<<endl;
    cout<<s1.use_count()<<endl;//返回引用計數數量

4. weak_ptr的引入是爲了解決shared_ptr中兩個或以上類相互包含，造成死鎖，無法使引用計數歸零的情況。weak_ptr並不會使引用數量增加。注意，weak_ptr不能直接調用成員函數，要使用lock() 返回一個shared_ptr智能指針，然後纔可以調用成員函數。

class SampleB;
class SampleA
{
public:
    shared_ptr<SampleB> psb;
    void echo()
    {
        cout<<"I am SampleA"<<endl;
    }

    ~SampleA()
    {
        cout<<"~SampleA" << endl;
    }
};
class SampleB
{
public:
    //shared_ptr<SampleA> psa;
    weak_ptr<SampleA> psa;
    ~SampleB()
    {
        cout<<"~SampleB" << endl;
    }
};


int main()
{
    shared_ptr<SampleB> pb(new SampleB());
    shared_ptr<SampleA> pa(new SampleA());
    pb->psa = pa;
    pa->psb = pb;
    cout<<pb.use_count()<<endl;
    cout<<pa.use_count()<<endl;
    pb->psa.lock()->echo();
    return 0;
}

上面就是C++提供四個智能指針, 使用起來和普通指針相似，很容易上手。

auto_ptr，C++11 已廢棄
shared_ptr,unique_ptr,weak_ptr C++11加入
make_unique C++14