【C++从青铜到王者】第二十五篇:C++智能指针

Myth丶恋晨 2022-09-11 06:23 105阅读 0赞

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# 系列文章目录 #

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### 文章目录 ###

*  系列文章目录
 *  前言
 *  一、常见面试题
 *   *   *  1. malloc/free和new/delete的区别
         *  2. 内存泄漏
         *   *  1.内存泄漏概念与危害
             *  2.内存泄漏分类（了解）
             *  3.如何检测内存泄漏（了解）
             *  4.如何避免内存泄漏
             *  5.如何一次在堆上申请4G的内存？
 *  二、智能指针的使用及原理
 *   *   *  1. RAII
         *  2.auto\_ptr
         *  3.unique\_ptr
         *  4.shared\_ptr
 *  总结

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# 前言 #

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# 一、常见面试题 #

### 1. malloc/free和new/delete的区别 ###

*  **malloc/free和new/delete的共同点是：都是从堆上申请空间，并且需要用户手动释放。**
 *  **不同的地方是**：
 *  malloc和free是函数，new和delete是操作符。
 *  malloc申请的空间不会初始化，new可以初始化。
 *  malloc申请的空间不会初始化，new可以初始化。
 *  malloc的返回值为void\*, 在使用时必须强转，new不需要，因为new后跟的是空间的类型。
 *  malloc申请空间失败时，返回的是NULL，因此使用时必须判空，new不需要，但是new需要捕获异常。
 *  申请自定义类型对象时，malloc/free只会开辟空间，不会调用构造函数与析构函数，而new在申请空间后会调用构造函数完成对象的初始化，delete在释放空间前会调用析构函数完成空间中资源的清理。

### 2. 内存泄漏 ###

#### 1.内存泄漏概念与危害 ####

**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的情况。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**：**长期运行的程序出现内存泄漏，影响很大，如操作系统、后台服务等等，出现内存泄漏会导致响应越来越慢，最终卡死。**

代码如下：

void MemoryLeaks()
    { 
    	// 1.内存申请了忘记释放
    	int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
    	int* p2 = new int;
    	
    	// 2.异常安全问题
    	int* p3 = new int[10];
    	Func(); // 这里Func函数抛异常导致 delete[] p3未执行，p3没被释放.
    	delete[] p3;
    }

#### 2.内存泄漏分类（了解） ####

**C/C++程序中一般我们关心两种方面的内存泄漏：**

*  **堆内存泄漏(Heap leak)**  
     堆内存指的是程序执行中依据须要分配通过malloc / calloc / realloc / new等从堆中分配的一块内存，用完后必须通过调用相应的 free或者delete 删掉。假设程序的设计错误导致这部分内存没有被释放，那么以后这部分空间将无法再被使用，就会产生Heap Leak。
 *  **系统资源泄漏**  
     指程序使用系统分配的资源，比方套接字、文件描述符、管道等没有使用对应的函数释放掉，导致系统资源的浪费，严重可导致系统效能减少，系统执行不稳定。

#### 3.如何检测内存泄漏（了解） ####

*  在linux下内存泄漏检测：[Linux下几款内存泄露检测工具][Linux]
 *  在windows下使用第三方工具：[VLD工具说明][VLD]
 *  其他工具：[内存泄露工具比较][Link 1]

#### 4.如何避免内存泄漏 ####

*  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。
 *  采用RAII思想或者智能指针来管理资源。
 *  出问题了使用内存泄漏工具检测。ps：不过很多工具都不够靠谱，或者收费昂贵。

**总结一下:****内存泄漏非常常见，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。**

#### 5.如何一次在堆上申请4G的内存？ ####

**当我们想在win32平台上堆上想开辟4G的内存空间0xffffffff的时候会发生错误。**  
代码如下：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
    #include<iostream>
    using namespace std;
    int main()
    { 
    	//1byte == 8bit
    	// 1KB = 1024byte
    	// 1MB = 1024KB
    	// 1GB = 1024MB
    	// 1TB = 1024GB
    	void* p1 = malloc(0xffffffff);
    	cout << p1 << endl;
    	return 0;
    }

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**那如何在堆上开辟4G的空间呢？**  
因为32位的平台下，内存大小为4G，但是堆区差不多2G，所以不可能在32位的平台上一次在堆上开辟4G的内存。但是我们可以将编译器上的win32改为x64，在64位平台下，我们便可以一次性在堆上申请4G的内存了。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTE4MDkw_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

# 二、智能指针的使用及原理 #

### 1. RAII ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qOu5piO5biu5aSn5LqO6buR6JmO5biu_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]  
**RAII（Resource Acquisition Is Initialization）是一种利用对象生命周期来控制程序资源（如内存、文件句柄、网络连接、互斥量等等）的简单技术。**

**在对象构造时获取资源，接着控制对资源的访问使之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。借此，我们实际上把管理一份资源的责任托管给了一个对象。这种做法有两大好处：**

*  不需要显式地释放资源。
 *  采用这种方式，对象所需的资源在其生命期内始终保持有效。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
    #include<iostream>
    using namespace std;
    
    template<class T>
    class SmartPtr
    { 
    public:
    	SmartPtr(T* ptr = nullptr)
    		:_ptr(ptr)
    	{ }
    
    	~SmartPtr()
    	{ 
    		if (_ptr)
    		{ 
    			delete _ptr;
    			_ptr = nullptr;
    		}
    	}
    
    	// 让该类对象具有指针类似的操作就可以了
    	T& operator*()
    	{ 
    		return *_ptr;
    	}
    	// -> 只能指针指向对象或者结构体的这些场景中
    	T* operator->()
    	{ 
    		return _ptr;
    	}
    private:
    	T* _ptr;    // 采用类将指针管理起来
    };
    
    struct Date
    { 
    	int _year;
    	int _month;
    	int _date;
    };
    int main()
    { 
    	int* p = new int;
    	SmartPtr<int> sp1(p);
    	cout << *sp1 << endl;
    
    	SmartPtr<int> sp2(new int);
    	*sp2 = 10;
    	cout << *sp2 << endl;
    
    	SmartPtr<Date> sp3(new Date);
    	sp3->_year = 2021;
    	sp3->_month = 9;
    	sp3->_date = 13;
    	cout << sp3->_year << ":" << sp3->_month << ":" << sp3->_date << endl;
    
    	SmartPtr<int> sp4(new int);
    	SmartPtr<int> sp5(sp4);
    	return 0;
    }

**上述的SmartPtr还能将其称为智能指针，因为它还具有指针的行为。指针可以解引用，也可以通过->去访问所指空间中的内容，因此：AutoPtr模板类中还得需要将 \* 、->重载下，才可让其像指针一样去使用。**

*  总结一下智能指针的原理:
 *  RAII特性。
 *  重载operator\*和opertaor->，具有像指针一样的行为。

### 2.auto\_ptr ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qOu5piO5biu5aSn5LqO6buR6JmO5biu_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]

[auto\_ptr文档][auto_ptr]  
**C++98版本的库中就提供了auto\_ptr的智能指针。下面演示的auto\_ptr的使用及问题。**

// C++库中的智能指针都定义在memory这个头文件中
    #include <memory>
    class Date
    { 
    public:
    	Date() {  cout << "Date()" << endl; }
    	~Date(){  cout << "~Date()" << endl; }
    	int _year;
    	int _month;
    	int _day;
    };
    int main()
    { 
    	auto_ptr<Date> ap(new Date);
    	auto_ptr<Date> copy(ap);
    	// auto_ptr的问题：当对象拷贝或者赋值后，前面的对象就悬空了
    	// C++98中设计的auto_ptr问题是非常明显的，所以实际中很多公司明确规定了不能使用auto_ptr
    	ap->_year = 2018;
    	return 0;
    }

**auto\_ptr的实现原理：管理资源转移的思想，下面简化模拟实现了一份AutoPtr来了解它的原理：**

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
    #include<iostream>
    using namespace std;
    // 所有智能指针的原理基本都是一样的
    // RAII + operator*()/operator->() + 如何解决浅拷贝问题？
    // RAII: 能够保证资源可以被自动释放
    // operator*()/operator->(): 可以保证对象能够按照指针的方式来运行
    // 解决浅拷贝的方式：可能保证资源不被释放多次而引起代码崩溃的问题
    
    // 由于有解决浅拷贝方案不同，标准库给出了各种智能指针：
    // C++98: auto_ptr
    // C++11: unique_ptr shared_ptr&weak_tr
    
    // C++98：auto_ptr
    namespace yyw
    { 
    	template<class T>
    	class auto_ptr
    	{ 
    	public:
    		//
    		// RAII : 保证资源可以自动释放
    		auto_ptr(T* ptr = nullptr)
    			:_ptr(ptr)
    		{ }
    		~auto_ptr()
    		{ 
    			if (_ptr)
    			{ 
    				delete _ptr;
    				_ptr = nullptr;
    			}
    		}
    		
    		// 解决浅拷贝方式：资源转移
    		// auto_ptr<int> ap2(ap1)
    		auto_ptr(auto_ptr<T>& ap)
    			:_ptr(ap._ptr)
    		{ 
    			ap._ptr = nullptr;
    		}
    
    		// ap1 = ap2;
    		auto_ptr<T>& operator=(auto_ptr<T>& ap)
    		{ 
    			if (this != &ap)
    			{ 
    				// 此处需要将ap中的资源转移给this
    				// 但是不能直接转移，因为this可能已经管理资源了，否则就会造成资源泄漏
    				if (_ptr)
    				{ 
    					delete _ptr;
    				}
    				// ap就可以将其资源转移给this
    				_ptr = ap._ptr;
    				ap._ptr = nullptr;  // 让ap与之前管理的资源断开联系，因为ap中的资源已经转移给this了
    			}
    			return *this;
    		}
    		/
    		// 对象具有指针类似的行为
    		T& operator*()
    		{ 
    			return *_ptr;
    		}
    		T* operator->()
    		{ 
    			return _ptr;
    		}
    		T* get()
    		{ 
    			return _ptr;
    		}
    
    		///
    		// 解决浅拷贝问题：auto_ptr能否采用深拷贝的方式来解决？
    	private:
    		T* _ptr;
    	};
    }
    int main()
    { 
    	yyw::auto_ptr<int> ap1(new int);
    	*ap1 = 100;
    
    	cout << *ap1 << endl;
    	yyw::auto_ptr<int> ap2(ap1);
    	cout << *ap2 << endl;
    
    	// 和我们对指针常规的认知有区别的
    	int* p1 = new int;
    	int* p2(p1);
    	*p1 = 10;
    	*p2 = 20;
    	delete p1;
    	p1 = p2 = nullptr;
    
    	// auto_ptr采用资源转移的方式虽然将浅拷贝的问题解决了，但是引用了新的问题
    	*ap2 = 2000;
    	//*ap1 = 1000; // 代码会崩溃，因为ap1当中的资源已经转移走了，ap1当中的指针指向的空
    
    	cout << *ap2 << endl;
    	//cout << *ap1 << endl;
    
    	yyw::auto_ptr<int> ap3(new int);
    	*ap3 = 300;
    	cout << *ap3 << endl;
    
    	yyw::auto_ptr<int> ap4(new int);
    	*ap4 = 400;
    	cout << *ap4 << endl;
    	ap3 = ap4;
    	cout << *ap3 << endl;
    	return 0;
    }

**auto\_ptr的实现原理：管理转移释放权限的思想，下面简化模拟实现了一份AutoPtr来了解它的原理：**

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
    #include<iostream>
    using namespace std;
    namespace yyw
    { 
    	// auto_ptr实现原理:RAII + operator*()/operator->() + 解决浅拷贝方式：资源管理权限(释放权利)转移
    	template<class T>
    	class auto_ptr
    	{ 
    	public:
    		auto_ptr(T* ptr = nullptr)
    			:_ptr(ptr)
    			, _owner(false)
    		{ 
    			if (_ptr)
    			{ 
    				_owner = true;
    			}
    		}
    		~auto_ptr()
    		{ 
    			if (_ptr&&_owner)
    			{ 
    				delete _ptr;
    				_owner = false;
    			}
    		}
    
    		// 对象具有指针类似的行为
    		T* operator->()
    		{ 
    			return _ptr;
    		}
    		T& operator*()
    		{ 
    			return *_ptr;
    		}
    		T* get()
    		{ 
    			return _ptr;
    		}
    
    		auto_ptr(auto_ptr<T>& ap)
    			:_ptr(ap._ptr)
    			,_owner(ap._owner)
    		{ 
    			ap._owner = false;
    		}
    		auto_ptr<T>& operator=(auto_ptr<T>& ap)
    		{ 
    			if (this != &ap)
    			{ 
    				if (_ptr&&_owner)
    				{ 
    					delete _ptr;
    				}
    				_ptr = ap._ptr;
    				_owner = ap._owner;
    				ap._owner = false;
    			}
    			return *this;
    		}
    	private:
    		T* _ptr;
    		bool _owner;  // true: 当前对象对资源具有释放权利 fase: 当前对象对资源没有释放权利
    	};
    }
    void TestAutoPtr()
    { 
    	yyw::auto_ptr<int> ap1(new int);
    	*ap1 = 100;
    
    	yyw::auto_ptr<int> ap2(ap1);
    
    	// 和我们对指针常规的认知有区别的
    	int* p1 = new int;
    	int* p2(p1);
    	*p1 = 10;
    	*p2 = 20;
    	delete p1;
    	p1 = p2 = nullptr;
    
    
    	// auto_ptr采用资源转移的方式虽然将浅拷贝的问题解决了，但是引用了新的问题
    	if (ap2.get())
    		*ap2 = 2000;
    	if (ap1.get())
    		*ap1 = 1000;   // 代码会崩溃，因为ap1当中的资源已经转移走了，ap1当中的指针指向的空
    
    
    	yyw::auto_ptr<int> ap3(new int);
    	*ap3 = 300;
    
    	yyw::auto_ptr<int> ap4(new int);
    	*ap4 = 400;
    
    	ap3 = ap4;
    
    	//
    	// 致命的缺陷---可以会导致野指针
    	if (true)
    	{ 
    		yyw::auto_ptr<int> ap5(ap2);
    		*ap5 = 100;
    		*ap2 = 200;
    		*ap1 = 300;
    
    		// 再来开if的作用域时，ap5已经将管理的资源释放掉了
    		// 而ap1和ap2根本就不知道，其内部的指针称为野指针了
    	}
    
    	// 如果通过ap1和ap2再访问资源时，代码就会出问题
    	*ap2 = 10;
    }
    
    int main()
    { 
    	TestAutoPtr();
    	return 0;
    }

### 3.unique\_ptr ###

**C++11中开始提供更靠谱的unique\_ptr**

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
    #include<iostream>
    using namespace std;
    #include<memory>
    int main()
    { 
    	unique_ptr<int> up1(new int);
    	// unique_ptr的设计思路非常的粗暴-防拷贝，也就是不让拷贝和赋值
    	
    	unique_ptr<int> up2(up1);
    
    	unique_ptr<int> up3(new int);
    	up3 = up1;
    	return 0;
    }

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**unique\_ptr的实现原理：简单粗暴的防拷贝，下面简化模拟实现了一份UniquePtr来了解它的原理**

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
    #include<iostream>
    using namespace std;
    // unique_ptr: RAII + operator*()/operator->()+解决浅拷贝方式：禁止拷贝---资源独占
    // 一份资源只能被一个对象来进行管理，对象之间不能共享资源
    
    // 应用场景：只能应用与资源被一个对象管理 并且不会被共享的场景当中
    
    // 缺陷：多个对象之间不能共享资源
    
    // 负责释放new资源
    template<class T>
    class DFDef
    { 
    public:
    	void operator()(T*& ptr)
    	{ 
    		if (ptr)
    		{ 
    			delete ptr;
    			ptr = nullptr;
    		}
    	}
    };
    
    // 负责：malloc的资源的释放
    template<class T>
    class Free
    { 
    public:
    	void operator()(T*& ptr)
    	{ 
    		if (ptr)
    		{ 
    			free(ptr);
    			ptr = nullptr;
    		}
    	}
    };
    
    // 关闭文件指针
    class FClose
    { 
    public:
    	void operator()(FILE* & ptr)
    	{ 
    		if (ptr)
    		{ 
    			fclose(ptr);
    			ptr = nullptr;
    		}
    	}
    };
    
    
    namespace yyw
    { 
    	// T: 资源中所放数据的类型
    	// DF: 资源的释放方式
    	// 定制删除器
    	template<class T, class DF = DFDef<T>>
    	class unique_ptr
    	{ 
    	public:
    		/
    		// RAII
    		unique_ptr(T* ptr = nullptr)
    			: _ptr(ptr)
    		{ }
    
    		~unique_ptr()
    		{ 
    			if (_ptr)
    			{ 
    				// 问题：_ptr管理的资源：可能是从堆上申请的内存空间、文件指针、malloc空间...
    				// delete _ptr; // 注意：此处的释放资源的方式不能写死了，应该按照资源类型不同找对应的方式释放
    				// malloc--->free
    				// new---->delete
    				// fopen--->fclose关闭
    				DF df;
    				df(_ptr);
    			}
    		}
    
    		
    		// 具有指针类似的行为
    		T& operator*()
    		{ 
    			return *_ptr;
    		}
    
    		T* operator->()
    		{ 
    			return _ptr;
    		}
    
    		T* Get()
    		{ 
    			return _ptr;
    		}
    
    		
    		// 解决浅拷贝方式---资源独占，即防止被拷贝
    
    		// C++98
    		/* 将拷贝构造函数以及赋值运算符重载方法只声明不定义，并且需要将其权限设置为私有的 // 只声明不定义,没有将权限设置为private---不行的：因为方法别人可以再类外定义 */
    	private:
    		unique_ptr(const unique_ptr<T, DF>&);
    		unique_ptr<T, DF>& operator=(const unique_ptr<T, DF>&);
    
    		// C++11: 可以让编译器不生成默认的拷贝构造以及赋值运算符重载---delete
    		// 在C++11当中，delete关键字的功能扩展：释放new申请的空间 用其修饰默认成员函数，表明：编译器不会生成了
    		// unique_ptr(const unique_ptr<T,DF>&) = delete; // 表明：编译器不会生成默认的拷贝构造函数
    		// unique_ptr<T,DF>& operator=(const unique_ptr<T,DF>&) = delete;// 表明：编译器不会生成默认的赋值运算符重载
    	private:
    		T* _ptr;
    	};
    
    	// 用户在外部可以对方法进行定义---在unique_ptr的类中如果将该权限设置为private的
    	//template<class T>
    	//unique_ptr<T>::unique_ptr(const unique_ptr<T>& up)
    	//{}
    }
    
    
    #include <memory>
    
    void TestUniquePtr()
    { 
    	yyw::unique_ptr<int> up1(new int);
    	yyw::unique_ptr<int, Free<int>> up2((int*)malloc(sizeof(int)));
    	yyw::unique_ptr<FILE, FClose> up3(fopen("12345.txt", "w"));
    }
    
    int main()
    { 
    	TestUniquePtr();
    
    	yyw::unique_ptr<int> up1(new int);
    	// yyw::unique_ptr<int> up2(up1);
    
    	yyw::unique_ptr<int> up3(new int);
    
    	// up1 = up3;
    
    	///
    	// 标准库
    	unique_ptr<int> up4(new int);
    	// unique_ptr<int> up5(up4);
    	unique_ptr<int> up6(new int);
    	// up4 = up6;
    	return 0;
    }

### 4.shared\_ptr ###

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
    #include<iostream>
    using namespace std;
    #include<memory>
    
    int main()
    { 
    	// shared_ptr通过引用计数支持智能指针对象的拷贝
    
    	shared_ptr<int> sp1(new int);
    	shared_ptr<int> sp2(sp1);
    	sp2 = sp1;
    	return 0;
    }

**shared\_ptr的原理：是通过引用计数的方式来实现多个shared\_ptr对象之间共享资源。例如：老师晚上在下班之前都会通知，让最后走的学生记得把门锁下。**

1.  shared\_ptr在其内部，给每个资源都维护了着一份计数，用来记录该份资源被几个对象共享。
2.  在对象被销毁时(也就是析构函数调用)，就说明自己不使用该资源了，对象的引用计数减一。
3.  如果引用计数是0，就说明自己是最后一个使用该资源的对象，必须释放该资源；
4.  如果不是0，就说明除了自己还有其他对象在使用该份资源，不能释放该资源，否则其他对象就成野指针了。

**模拟实现shared\_ptr**

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
    #include<iostream>
    using namespace std;
    // 负责释放new资源
    template<class T>
    class DFDef
    { 
    public:
    	void operator()(T*& ptr)
    	{ 
    		if (ptr)
    		{ 
    			delete ptr;
    			ptr = nullptr;
    		}
    	}
    };
    
    // 负责：malloc的资源的释放
    template<class T>
    class Free
    { 
    public:
    	void operator()(T*& ptr)
    	{ 
    		if (ptr)
    		{ 
    			free(ptr);
    			ptr = nullptr;
    		}
    	}
    };
    
    // 关闭文件指针
    class FClose
    { 
    public:
    	void operator()(FILE* & ptr)
    	{ 
    		if (ptr)
    		{ 
    			fclose(ptr);
    			ptr = nullptr;
    		}
    	}
    };
    
    
    #include <mutex>
    
    namespace yyw
    { 
    	// shared_ptr: 自身才是安全的---加锁：为了保证shared_ptr自身的安全性
    	template<class T, class DF = DFDef<T>>
    	class shared_ptr
    	{ 
    	public:
    		//
    		// RAII
    		shared_ptr(T* ptr = nullptr)
    			: _ptr(ptr)
    			, _pCount(nullptr)
    			, _pMutex(new mutex)
    		{ 
    			if (_ptr)
    			{ 
    				// 此时只有当前刚刚创建好的1个对象在使用该份资源
    				_pCount = new int(1);
    			}
    		}
    
    		~shared_ptr()
    		{ 
    			Release();
    		}
    
    		/
    		// 具有指针类似的行为
    		T& operator*()
    		{ 
    			return *_ptr;
    		}
    
    		T* operator->()
    		{ 
    			return _ptr;
    		}
    
    		T* Get()
    		{ 
    			return _ptr;
    		}
    
    		//
    		// 用户可能需要获取引用计数
    		int use_count()const
    		{ 
    			return *_pCount;
    		}
    
    		///
    		// 解决浅拷贝方式：采用引用计数
    		shared_ptr(const shared_ptr<T>& sp)
    			: _ptr(sp._ptr)
    			, _pCount(sp._pCount)
    			, _pMutex(sp._pMutex)
    		{ 
    			AddRef();
    		}
    
    		shared_ptr<T, DF>& operator=(const shared_ptr<T, DF>& sp)
    		{ 
    			if (this != &sp)
    			{ 
    				// 在和sp共享之前，this先要将之前的状态清空
    				Release();
    
    				// this就可以和sp共享资源以及计数了
    				_ptr = sp._ptr;
    				_pCount = sp._pCount;
    				_pMutex = sp._pMutex;
    				AddRef();
    			}
    
    			return *this;
    		}
    
    	private:
    		void AddRef()
    		{ 
    			if (nullptr == _ptr)
    				return;
    
    			_pMutex->lock();
    			++(*_pCount);
    			_pMutex->unlock();
    		}
    
    		void Release()
    		{ 
    			if (nullptr == _ptr)
    				return;
    
    			bool isDelete = false;
    			_pMutex->lock();
    
    			if (_ptr && 0 == --(*_pCount))
    			{ 
    				// delete _ptr;
    				DF df;
    				df(_ptr);
    				delete _pCount;
    				_pCount = nullptr;
    				isDelete = true;
    			}
    
    			_pMutex->unlock();
    
    			if (isDelete)
    			{ 
    				delete _pMutex;
    			}
    		}
    	private:
    		T* _ptr;        // 用来接收资源的
    		int* _pCount;   // 指向了引用计数的空间---记录的是使用资源的对象的个数
    		mutex* _pMutex; // 目的：保证对引用计数的操作是安全的
    	};
    }
    
    
    void TestSharedPtr()
    { 
    	yyw::shared_ptr<int> sp1(new int);
    	yyw::shared_ptr<int> sp2(sp1);
    
    	yyw::shared_ptr<int> sp3(new int);
    	yyw::shared_ptr<int> sp4(sp3);
    
    	sp3 = sp2;   // sp2和sp3共享同一份资源了
    
    	sp4 = sp2;   // sp2和sp4共享同一份资源了
    }
    
    
    // 这个语法也是C++11新的语法：在定义成员变量时，可以就地初始化
    struct A
    { 
    	int a = 0;
    	int b = 0;
    	int c = 0;
    };
    
    
    // 线程函数
    void ThreadFunc(yyw::shared_ptr<A>& sp, int n)
    { 
    	for (int i = 0; i < n; ++i)
    	{ 
    		yyw::shared_ptr<A> copy(sp);
    		copy->a++;
    		copy->b++;
    		copy->c++;
    	}
    }
    
    
    
    #include <thread>
    void TestSharedPtrSafe()
    { 
    	yyw::shared_ptr<A> sp(new A);
    
    	// t1对象将来就和对应的线程绑定一起了
    	thread t1(ThreadFunc, sp, 10000);
    	thread t2(ThreadFunc, sp, 10000);
    
    	// 线程等待
    	t1.join();
    	t2.join();
    
    
    	// 1. 代码会不会崩溃----->shared_ptr是否安全---没有崩溃：
    	// 2. A 对象中的各个成员的值是不是都是20000
    	cout << sp->a << endl;
    	cout << sp->b << endl;
    	cout << sp->c << endl;
    }
    /
    // 利用标准库中的shared_ptr来进行测试
    #include <memory>
    void ThreadFuncstd(shared_ptr<A>& sp, int n)
    { 
    	for (int i = 0; i < n; ++i)
    	{ 
    		shared_ptr<A> copy(sp);
    		copy->a++;
    		copy->b++;
    		copy->c++;
    	}
    }
    
    void TestSharedPtrSafestd()
    { 
    	shared_ptr<A> sp(new A);
    
    	// t1对象将来就和对应的线程绑定一起了
    	thread t1(ThreadFuncstd, sp, 10000);
    	thread t2(ThreadFuncstd, sp, 10000);
    
    	// 线程等待
    	t1.join();
    	t2.join();
    
    
    	// 1. 代码会不会崩溃----->shared_ptr是否安全---没有崩溃：
    	// 2. A 对象中的各个成员的值是不是都是20000
    	cout << sp->a << endl;
    	cout << sp->b << endl;
    	cout << sp->c << endl;
    }
    
    int main()
    { 
    	TestSharedPtrSafestd();
    
    	shared_ptr<int>  sp(new int);
    
    	TestSharedPtrSafe();
    
    	TestSharedPtr();
    	return 0;
    }

s**td::shared\_ptr的线程安全问题，通过下面的程序我们来测试shared\_ptr的线程安全问题。需要注意的是shared\_ptr的线程安全分为两方面：**

1.  智能指针对象中引用计数是多个智能指针对象共享的，两个线程中智能指针的引用计数同时++或–，这个操作不是原子的，引用计数原来是1，++了两次，可能还是2.这样引用计数就错乱了。会导致资源未释放或者程序崩溃的问题。所以只能指针中引用计数++、–是需要加锁的，也就是说引用计数的操作是线程安全的。
2.  智能指针管理的对象存放在堆上，两个线程中同时去访问，会导致线程安全问题。

**循环引用分析：**  
3. node1和node2两个智能指针对象指向两个节点，引用计数变成1，我们不需要手动delete。  
4. node1的\_next指向node2，node2的\_prev指向node1，引用计数变成2。  
5. node1和node2析构，引用计数减到1，但是\_next还指向下一个节点。但是\_prev还指向上一个节点。  
6. 也就是说\_next析构了，node2就释放了。  
7. 也就是说\_prev析构了，node1就释放了。  
8. 但是\_next属于node的成员，node1释放了，\_next才会析构，而node1由\_prev管理，\_prev属于node2成员，所以这就叫循环引用，谁也不会释放。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qOu5piO5biu5aSn5LqO6buR6JmO5biu_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 3]

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
    #include<iostream>
    #include<memory>
    using namespace std;
    
    // shared_ptr的缺陷：可能会引起循环引用
    
    // 到底什么是循环引用？------- 例子：
    //struct ListNode
    //{ 
    // ListNode* next;
    // ListNode* prev;
    // int data;
    //};
    struct ListNode
    { 
    	//shared_ptr<ListNode> next;
    	//shared_ptr<ListNode> prev;
    	weak_ptr<ListNode> next;
    	weak_ptr<ListNode> prev;
    	int data;
    
    	ListNode(int x)
    		: data(x)
    		/*: next(nullptr) , prev(nullptr) , data(x)*/
    	{ 
    		cout << "ListNode(int):" << this << endl;
    	}
    
    	~ListNode()
    	{ 
    		cout << "~ListNode():" << this << endl;
    	}
    };
    
    void TestLoopRef()
    { 
    	shared_ptr<ListNode> sp1(new ListNode(10));
    	shared_ptr<ListNode> sp2(new ListNode(20));
    
    	cout << sp1.use_count() << endl;    // 1
    	cout << sp2.use_count() << endl;    // 1
    
    	sp1->next = sp2;
    	sp2->prev = sp1;
    
    	cout << sp1.use_count() << endl;    // 2
    	cout << sp2.use_count() << endl;    // 2
    }
    
    int main()
    { 
    	// 编译失败----不能独立管理资源--->只能配合shared_ptr使用，来解决shared_ptr中存在的循环引用的问题
    	// weak_ptr<int> wp(new int);
    	TestLoopRef();
    }

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qOu5piO5biu5aSn5LqO6buR6JmO5biu_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 4]

--------------------

# 总结 #

以上就是今天要讲的内容，本文介绍了C++的三种智能指针，以及week\_ptr解决shared\_ptr的循环引用的问题，智能指针很好的解决了内存泄漏，智能指针提供了大量能使我们快速便捷地了解错误的发生，我们务必掌握。另外如果上述有任何问题，请懂哥指教，不过没关系，主要是自己能坚持，更希望有一起学习的同学可以帮我指正，但是如果可以请温柔一点跟我讲，爱与和平是永远的主题，爱各位了。  
![在这里插入图片描述][c205b3617d7a4c1b850783934063ab62.gif_pic_center]

[987d277887dd4fb0adfff82d37c91f28.gif_pic_center]: /images/20220828/9d49f6b184764062b575c27f1e7e2056.png
[Linux]: https://blog.csdn.net/gatieme/article/details/51959654
[VLD]: https://blog.csdn.net/GZrhaunt/article/details/56839765
[Link 1]: https://www.cnblogs.com/liangxiaofeng/p/4318499.html
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTE4MDkw_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220828/84aa8609b0af4271bb4b4fdebdb1d652.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTE4MDkw_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20220828/8ccc841fde5a448397bc59568108c96f.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qOu5piO5biu5aSn5LqO6buR6JmO5biu_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]: /images/20220828/edabf0422c884fffbdeb60bdca23bb2f.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qOu5piO5biu5aSn5LqO6buR6JmO5biu_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]: /images/20220828/783a7b820bc8411f9110718c07d1392e.png
[auto_ptr]: http://www.cplusplus.com/reference/memory/auto_ptr/
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qOu5piO5biu5aSn5LqO6buR6JmO5biu_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2]: /images/20220828/ba6c20a241cd454f9c6085f17704363f.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qOu5piO5biu5aSn5LqO6buR6JmO5biu_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 3]: /images/20220828/4d907ce108354fc4bb51665ca7071411.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qOu5piO5biu5aSn5LqO6buR6JmO5biu_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 4]: /images/20220828/64d0a9b94afc41869a553caf1fb98d82.png
[c205b3617d7a4c1b850783934063ab62.gif_pic_center]: /images/20220828/03988ec2e2744ff48b15bc07f7ae6a2d.png