1.智能指针的作用
C++程序设计中使用堆内存是非常频繁的操作，堆内存的申请和释放都由程序员自己管理。程序员自己管理堆内存可以提高了程序的效率，但是整体来说堆内存的管理是麻烦的，C++11中引入了智能指针的概念，方便管理堆内存。使用普通指针，容易造成堆内存泄露（忘记释放），二次释放，程序发生异常时内存泄露等问题等，使用智能指针能更好的管理堆内存。
理解智能指针需要从下面三个层次：
- 从较浅的层面看，智能指针是利用了一种叫做RAII（资源获取即初始化）的技术对普通的指针进行封装，这使得智能指针实质是一个对象，行为表现的却像一个指针。
- 智能指针的作用是防止忘记调用delete释放内存和程序异常的进入catch块忘记释放内存。另外指针的释放时机也是非常有考究的，多次释放同一个指针会造成程序崩溃，这些都可以通过智能指针来解决。
- 智能指针还有一个作用是把值语义转换成引用语义。
2.智能指针的使用
智能指针在C++11版本之后提供，包含在头文件<memory>中，aauto_ptr,shared_ptr、unique_ptr、weak_ptr
shared_ptr多个指针指向相同的对象。shared_ptr使用引用计数，每一个shared_ptr的拷贝都指向相同的内存。每使用他一次，内部的引用计数加1，每析构一次，内部的引用计数减1，减为0时，自动删除所指向的堆内存。shared_ptr内部的引用计数是线程安全的，但是对象的读取需要加锁。
- 初始化。智能指针是个模板类，可以指定类型，传入指针通过构造函数初始化。也可以使用make_shared函数初始化。不能将指针直接赋值给一个智能指针，一个是类，一个是指针。例如std::shared_ptr<int> p4 = new int(1);的写法是错误的
- 拷贝和赋值。拷贝使得对象的引用计数增加1，赋值使得原对象引用计数减1，当计数为0时，自动释放内存。后来指向的对象引用计数加1，指向后来的对象。
- get函数获取原始指针
- 注意不要用一个原始指针初始化多个shared_ptr，否则会造成二次释放同一内存
- 注意避免循环引用，shared_ptr的一个最大的陷阱是循环引用，循环，循环引用会导致堆内存无法正确释放，导致内存泄漏。循环引用在weak_ptr中介绍。
#include<iostream>
#include<memory>
using namespace std;
// share_ptr
int main(void)
{
{
int a = 10;
shared_ptr<int> ptra = make_shared<int>(a);
shared_ptr<int> ptra2(ptra);
cout << ptra.use_count() << endl;
int b = 20;
int *pb = &a;
shared_ptr<int> ptrb = make_shared<int>(b);
ptra2 = ptrb;
pb = ptrb.get();
cout << ptra.use_count() << endl;
cout << ptrb.use_count() << endl;
}
return 0;
}2.2 unique_ptr的使用
unique_ptr“唯一”拥有其所指对象，同一时刻只能有一个unique_ptr指向给定对象（通过禁止拷贝语义、只有移动语义来实现）。相比与原始指针unique_ptr用于其RAII的特性，使得在出现异常的情况下，动态资源能得到释放。unique_ptr指针本身的生命周期：从unique_ptr指针创建时开始，直到离开作用域。离开作用域时，若其指向对象，则将其所指对象销毁(默认使用delete操作符，用户可指定其他操作)。unique_ptr指针与其所指对象的关系：在智能指针生命周期内，可以改变智能指针所指对象，如创建智能指针时通过构造函数指定、通过reset方法重新指定、通过release方法释放所有权、通过移动语义转移所有权。
// unique_ptr
int main(void)
{
{
// 绑定动态对象
unique_ptr<int> uptr(new int(10));
// unique_ptr<int> uptr2 = uptr; 不能赋值
// unique_ptr<int> uptr3(uptr); 不能拷贝
unique_ptr<int> uptr4 = move(uptr); // 转换所有权
uptr4.release(); // 释放所有权
}
// 超过 uptr 的作用域，内存释放
return 0;
}2.3 weak_ptr的使用
weak_ptr是为了配合shared_ptr而引入的一种智能指针，因为它不具有普通指针的行为，没有重载operator*和->,它的最大作用在于协助shared_ptr工作，像旁观者那样观测资源的使用情况。weak_ptr可以从一个shared_ptr或者另一个weak_ptr对象构造，获得资源的观测权。但weak_ptr没有共享资源，它的构造不会引起指针引用计数的增加。使用weak_ptr的成员函数use_count()可以观测资源的引用计数，另一个成员函数expired()的功能等价于use_count()==0,但更快，表示被观测的资源(也就是shared_ptr的管理的资源)已经不复存在。weak_ptr可以使用一个非常重要的成员函数lock()从被观测的shared_ptr获得一个可用的shared_ptr对象， 从而操作资源。但当expired()==true的时候，lock()函数将返回一个存储空指针的shared_ptr。
// weak_ptr
int main()
{
{
shared_ptr<int> sh_ptr = make_shared<int>(10);
cout << sh_ptr.use_count() << endl;
weak_ptr<int> wp(sh_ptr);
cout << wp.use_count() << endl;
if (!wp.expired())
{
shared_ptr<int> sh_ptr2 = wp.lock();
*sh_ptr = 100;
cout << wp.use_count() << endl;
}
}
return 0;
}3.智能指针的设计和实现
下面是一个简单智能指针的demo。智能指针类将一个计数器与类指向的对象相关联，引用计数跟踪该类有多少个对象共享同一指针。每次创建类的新对象时，初始化指针并将引用计数置为1；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；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；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）。智能指针就是模拟指针动作的类。所有的智能指针都会重载 -> 和 * 操作符。智能指针还有许多其他功能，比较有用的是自动销毁。这主要是利用栈对象的有限作用域以及临时对象（有限作用域实现）析构函数释放内存。
// 模拟实现智能指针
#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;
template<typename T>
class SmartPointer
{
private:
T *_ptr;
size_t *_count;
public:
SmartPointer(T *ptr = NULL):_ptr(ptr)
{
if (_ptr)
_count = new size_t(1);
else
_count = new size_t(0);
}
SmartPointer(const SmartPointer &ptr)
{
if (this != &ptr)
{
this->_ptr = ptr._ptr;
this->_count = ptr._count;
(*this->_count)++;
}
}
SmartPointer &operator=(SmartPointer &ptr)
{
if (this->_ptr == ptr._ptr)
return *this;
if (this->_ptr)
{
(*this->_count)--;
if (this->_count == 0)
{
delete this->_ptr;
delete this->_count;
}
}
this->_ptr = ptr._ptr;
this->_count = ptr._count;
(*this->_count)++;
return *this;
}
T & operator*()
{
assert(this->_ptr == NULL);
return this->_ptr;
}
~SmartPointer()
{
(*this->_count)--;
if (*this->_count == 0)
{
delete this->_ptr;
delete this->_count;
}
}
size_t use_count()
{
return *this->_count;
}
};
int main(void)
{
SmartPointer<int> sp(new int(10));
SmartPointer<int> sp2(sp);
SmartPointer<int> sp3(new int(20));
sp2 = sp3;
cout << sp.use_count() << endl;
cout << sp2.use_count() << endl;
cout << sp3.use_count() << endl;
return 0;
} 4.1，你知道智能指针吗？智能指针的原理。
答案：智能指针是一个类，这个类的构造函数中传入一个普通指针，析构函数中释放传入的指针。智能指针的类都是栈上的对象，所以当函数（或程序）结束时会自动被释放，
4.2，常用的智能指针。
1）std::auto_ptr，有很多问题。 不支持复制（拷贝构造函数）和赋值（operator =），但复制或赋值的时候不会提示出错。因为不能被复制，所以不能被放入容器中。
2) C++11引入的unique_ptr， 也不支持复制和赋值，但比auto_ptr好，直接赋值会编译出错。实在想赋值的话，需要使用：std::move。
例如：
std::unique_ptr<int> p1(new int(5));
std::unique_ptr<int> p2 = p1; // 编译会出错
std::unique_ptr<int> p3 = std::move(p1); // 转移所有权, 现在那块内存归p3所有, p1成为无效的指针.
3) C++11或boost的shared_ptr，基于引用计数的智能指针。可随意赋值，直到内存的引用计数为0的时候这个内存会被释放。
4）C++11或boost的weak_ptr，弱引用。 引用计数有一个问题就是互相引用形成环，这样两个指针指向的内存都无法释放。需要手动打破循环
引用或使用weak_ptr。顾名思义，weak_ptr是一个弱引用，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，在使用之前需要检查weak_ptr是
否为空指针。