【C++】作用域指针、智能指针、共享指针、弱指针

本文主要是介绍【C++】作用域指针、智能指针、共享指针、弱指针，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

十、智能指针、共享指针

从上篇文章【C++】如何用C++创建对象，理解作用域、堆栈、内存分配-CSDN博客中我们知道，你的对象是创建在栈上还是在堆上，最大的区别就是对象的作用域不一样。所以在C++中，一旦程序进入另外一个作用域，那其他作用域的对象就自动销毁了。这种机制有好有坏。我们可以利用这个机制，比如可以自动化我们的代码，像智能指针、作用域锁(scoped_lock)等都是利用了这种机制。

智能指针smart_ptr或者unique_ptr,是一个作用域指针。
作用域指针是一个类，是指针的包装器，在构造时用堆分配指针，然后在析构时删除指针。我们可以使用它自动化new和delete。new是在堆上分配内存，需要手动delete来删除对象，释放内存。作用域指针可以实现这一过程的自动化。意思就是当你用作用域指针new一个对象时，你可以不用delete。
我们可以使用标准库中的unique_ptr，这是一个作用域指针。但是这里我们要先自己写一个最简单的作用域指针，看看它是如何工作的：

1、作用域指针

上图A处是用指针实例化了一个Entity对象，这里用了=号，此时Entity的构造函数就自动进行了一次隐式转换，等价于上图种绿色的代码。

从左图看new的对象，如果你忘记删除了，那是得要等到应用程序结束才被操作系统清除的。但是从右图看，我也是new的对象，但是代码所在的{}运行结束，对象就被清除了。为什么呢？因为虽然Entity是创建在堆内存上的，但是指向Entity的指针e可是创建在栈内存上的，e的作用域是它所在的花括号{}，所以当{}指向完毕，e就销毁了，那指向Entity的指针都销毁了，就是相当于delete e;就是删除Entity了，所以自动执行了Entity的析构函数了。

当我们通过打断点看时，代码从19行跳到21行时，开始执行21行，就跳到第6行执行Entity构造函数，执行完毕跳回21行，再跳到第15行执行ScopePtr构造函数，执行完毕跳回21行。继续往下执行，就是22行的后花括号}，就从第22行跳到第16行，再从第16行跳到第7行，第7行执行完毕后跳回第16行，执行16行，16行执行完毕后才跳回22行，算是22行执行完毕了，此时所有对象的值都没有了。后面继续跳到23行执行。

从这个例子也可以看出我们自动化了delete，以后使用作用域指针就可以不用考虑delete了。

这个例子是我们利用了栈变量的作用域，利用栈变量离开其作用域就会被销毁的特点，把堆变量给自动销毁了。类似这样的例子还有很多，比如计时器，计算你在基准测试范围内的时间。比如你就可以写一个timer类，在对象构造时启动timer，在打印对象时停止timer,也就是计时器被销毁时，这样你就有一个自动计时器了。你只需要在函数开头写一行代码，整个作用域就开始⏲，你永远不需要手动调用计时器停止。因为一旦超过作用域就自动调用停止了。除此之外，还比如互斥锁(nutex locking)，如果你想锁定一个函数，以便多个线程可以同时访问它而不会爆炸，此时你就可以用一个自动作用域锁定。在函数的开头锁住它，在函数结束时解锁它，就不会出现爆炸。

2、智能指针unique_ptr
上面的作用域指针就是一种智能指针，只是它是我们自己手写的，它仅仅是包装了delete。我们甚至可以用智能指针把new也包装了，以后你甚至可以都不用new和delete,用智能指针就可以在堆上创建和销毁一个对象。现在有些C++程序员都倾向于这种编程风格，他们从来不调用new和delete，就用智能指针。

智能指针本质上是一个原始指针的包装。当你创建一个智能指针，它会自动调用new为你分配内存，然后基于你使用的智能指针的作用域，会自动调用delete释放你的堆内存。也所以，你不能复制一个unique_ptr, 因为如果你复制了unique_ptr，那么这两个指针是指向同一个块内存的。如果其中一个指针被销毁了，那它指向的那块内存就也被销毁了，此时另外一个指针就成了野指针，容易内存泄露。所以你不要复制unique_ptr。而且如果你复制了，编译器就会报错。

下面展示一下如何使用unique_ptr:

上图展示了两种使用unique_ptr智能指针在堆上创建对象的用法。当你创建完毕后，就可以当成正常指针，该怎么用就怎么用了。
这里再强调的是：当你使用方法B创建时，注意不能隐式转换，要规矩写。但是我还是推荐使用方法A，因为方法A是调用了make_unique，这样更安全，因为如果此时构造函数碰巧抛出异常，这样你就不会得到一个没有引用的野指针，从而造成内存泄露，而调用make_unique就会避免这种情况。

这就是智能指针，低开销，甚至没有开销，也非常有用。它只是在栈上分配一个指针对象，当指针对象销毁时，它将调用delete释放它指向的堆对象。

3、共享指针shared_ptr
共享指针底层做了更多的事情。共享指针的实现方式实际上取决于编译器和你在编译器中使用的标准库。然而无论何种系统，它使用的都是引用计数。引用计数是一种方法，它可以跟踪你的指针有多少个引用，一旦引用计数达到0，指针就被删除了，指针指向的对象自然是在指针被删除的那一刻前先被删除了。可见共享指针解决了unique_ptr不能复制的缺陷。