智能指针
1 智能指针的作用
智能指针是一个类，用来存储指向动态分配对象的指针，负责自动释放动态分配的对象，防止堆内存泄漏。动态分配的资源，交给一个类对象去管理，当类对象声明周期结束时，自动调用析构函数释放资源
STL一共给我们提供了四种智能指针：auto_ptr、unique_ptr、shared_ptr和weak_ptr。模板auto_ptr是C++98提供的解决方案，C+11已将将其摒弃，并提供了另外两种解决方案。然而，虽然auto_ptr被摒弃，但它已使用了好多年：同时，如果您的编译器不支持其他两种解决力案，auto_ptr将是唯一的选择。
2 智能指针的种类
shared_ptr、unique_ptr、weak_ptr、auto_ptr
(1) shared_ptr
实现原理：采用引用计数器的方法，允许多个智能指针指向同一个对象，每当多一个指针指向该对象时，指向该对象的所有智能指针内部的引用计数加1，每当减少一个智能指针指向对象时，引用计数会减1，当计数为0的时候会自动的释放动态分配的资源。
1) 智能指针将一个计数器与类指向的对象相关联，引用计数器跟踪共有多少个类对象共享同一指针；
2) 每次创建类的新对象时，初始化指针并将引用计数置为1；
3) 当对象作为另一对象的副本而创建时，拷贝构造函数拷贝指针并增加与之相应的引用计数；
4) 对一个对象进行赋值时，赋值操作符减少左操作数所指对象的引用计数（如果引用计数为减至0，则删除对象），并增加右操作数所指对象的引用计数；
5) 调用析构函数时，构造函数减少引用计数（如果引用计数减至0，则删除基础对象）。
(2) unique_ptr
unique_ptr采用的是独享所有权语义，一个非空的unique_ptr总是拥有它所指向的资源。转移一个unique_ptr将会把所有权全部从源指针转移给目标指针，源指针被置空；所以unique_ptr不支持普通的拷贝和赋值操作，不能用在STL标准容器中；局部变量的返回值除外（因为编译器知道要返回的对象将要被销毁）；如果你拷贝一个unique_ptr，那么拷贝结束后，这两个unique_ptr都会指向相同的资源，造成在结束时对同一内存指针多次释放而导致程序崩溃。
(3) weak_ptr
weak_ptr：弱引用。 引用计数有一个问题就是互相引用形成环（环形引用），这样两个指针指向的内存都无法释放。需要使用weak_ptr打破环形引用。weak_ptr是一个弱引用，它是为了配合shared_ptr而引入的一种智能指针，它指向一个由shared_ptr管理的对象而不影响所指对象的生命周期，也就是说，它只引用，不计数。如果一块内存被shared_ptr和weak_ptr同时引用，当所有shared_ptr析构了之后，不管还有没有weak_ptr引用该内存，内存也会被释放。所以weak_ptr不保证它指向的内存一定是有效的，在使用之前使用函数lock()检查weak_ptr是否为空指针。
(4) auto_ptr
auto_ptr不支持拷贝和赋值操作，不能用在STL标准容器中。STL容器中的元素经常要支持拷贝、赋值操作，在这过程中auto_ptr会传递所有权，auto_ptr采用的是独享所有权语义，一个非空的unique_ptr总是拥有它所指向的资源。转移一个auto_ptr将会把所有权全部从源指针转移给目标指针，源指针被置空。
智能指针代码实现： 用两个类来实现智能指针的功能，一个是引用计数类，另一个则是指针类。
(1) 引用计数类
// 引用计数器类 用于存储指向同一对象的指针数
template<typename T>
class Counter
{
private:
// 数据成员
T *ptr; // 对象指针
int cnt; // 引用计数器
// 友元类声明
template<typename T>
friend class SmartPtr;
// 成员函数
// 构造函数
Counter(T *p) // p为指向动态分配对象的指针
{
ptr = p;
cnt = 1;
}
// 析构函数
~Counter()
{
delete ptr;
}
};
(2) 指针类
// 智能指针类
template<typename T>
class SmartPtr
{
private:
// 数据成员
Counter<T> *ptr_cnt; //
public:
// 成员函数
// 普通构造函数 初始化计数类
SmartPtr(T *p)
{
ptr_cnt = new Counter<T>(p);
}
// 拷贝构造函数
SmartPtr(const SmartPtr &other)
{
ptr_cnt = other.ptr_cnt;
ptr_cnt->cnt++;
}
// 赋值运算符重载函数
SmartPtr &operator=(const SmartPtr &rhs)
{
ptr_cnt = rhs->ptr_cnt;
rhs.ptr_cnt->cnt++;
ptr_cnt->cnt--;
if (ptr_cnt->cnt == 0)
delete ptr_cnt;
return *this;
}
// 解引用运算符重载函数
T &operator*()
{
return *(ptr_cnt->cnt);
}
// 析构函数
~SmartPtr()
{
ptr_cnt->cnt--;
if (ptr_cnt->cnt == 0)
delete ptr_cnt;
else
cout << "还有" << ptr_cnt->cnt << "个指针指向基础对象" << endl;
}
};
(3) 使用与测试
#include<iostream>
using namespace std;
// 测试函数
void test()
{
int *p = new int(42);
{
SmartPtr<int> sptr1(p); // 出了作用域，计数器减1
{
SmartPtr<int> sptr2(sptr1); // 出了作用域，计数器减1
{
SmartPtr<int> sptr3(sptr1); // 出了作用域，计数器减1
}
}
}
cout << *p << endl; // 动态分配的对象已被释放，故输出垃圾值
}
// 主函数
int main()
{
test();
return 0;
}
运行结果如下:
如图所示，在离开大括号后，共享基础对象的指针计数从3->2->1->0变换，最后计数为0时，指针p指向的动态分配对象被delete，此时使用*p已经获取不到原来的值，故而产生垃圾值。
注意：引用计数问题或循环引用
3. 如何选择智能指针？
在掌握了这几种智能指针后，大家可能会想另一个问题：在实际应用中，应使用哪种智能指针呢？
下面给出几个使用指南。
（1）如果程序要使用多个指向同一个对象的指针，应选择shared_ptr。这样的情况包括：有一个指针数组，并使用一些辅助指针来标示特定的元素，如最大的元素和最小的元素；两个对象包含都指向第三个对象的指针；STL容器包含指针。很多STL算法都支持复制和赋值操作，这些操作可用于shared_ptr，但不能用于unique_ptr（编译器发出warning）和auto_ptr（行为不确定）。如果你的编译器没有提供shared_ptr，可使用Boost库提供的shared_ptr。
（2）如果程序不需要多个指向同一个对象的指针，则可使用unique_ptr。如果函数使用new分配内存，并返还指向该内存的指针，将其返回类型声明为unique_ptr是不错的选择。这样，所有权转让给接受返回值的unique_ptr，而该智能指针将负责调用delete。可将unique_ptr存储到STL容器在那个，只要不调用将一个unique_ptr复制或赋给另一个算法（如sort()）。例如，可在程序中使用类似于下面的代码段。
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