引言:  與java等眾多支援GC的現代語言不同，C/C++將更多的記憶體控制權交給程式設計師，在保證 效率的同時，也給了很多犯錯的機會。常見的記憶體洩露、重複釋放等等。智慧指標大大 減少了犯錯的機會，簡化程式碼，提高可維護性。常用的智慧指標有scope_ptr(c++ 11  unique_ptr)，利用RAII特性，保證資源在作用域失效的時候被釋放，也保證異常丟擲時 棧回滾能夠釋放資源；引用計數智慧指標(shared_ptr)，用於某個資源被多個owner共享 ，因此容易出現誤刪，甚至不知道該不該刪。shared_ptr會保證只有最後一個owner釋放 資源一次。 1.引用計數 簡單來說，shared_ptr利用一個owner計數跟蹤它所管理的指標，以確保當沒有owner的 時候，釋放指標。因此這個計數需要被共享，可勾勒出sharedptr成員如下： 虛擬碼： class shared_ptr {    int*  m_ref; // 引用計數    T*    m_ptr; }; 如果m_ptr不為空，m_ref應該初始化為1： m_ref = new int(1); shared_ptr的拷貝建構函式和賦值函式應該增加資源計數：++ *m_ref; 解構函式遞減計數： if (m_ref && -- *m_ref == 0) {    delete m_ref;    delete m_ptr; } 2.引用計數的管理 從上面可以看出，sharedptr不僅管理資源，還要管理計數，且資源僅支援預設的delete 釋放。不是很方便。 因此將引用計數包裝一下，當計數降0時自動釋放自己。 虛擬碼： class CounterBase {    CounterBase() : m_ref(1) {}   virtual ~CounterBase()    {   }   void Destroy()   {      delete this;    }    void DecRef()   {     if (-- m_ref == 0)        Destroy();   }    // 其餘操作略:計數的增加    int  m_ref; }; class shared_ptr {    CounterBase*  m_ref; // 引用計數，析構時候不用管它了    T*    m_ptr; }; 3.資源的釋放 上面已經說過，資源釋放僅僅支援delete；拋開陣列new，先考慮以下情形： FILE*  fp = fopen(xxx); shared_ptr<FILE>  file(fp); 顯然不希望執行delete fp，而是 fclose(fp)； 因此需要第二個引數傳給sharedptr：deleter func object 為了便於管理資源，將m_ptr移到CounterBase類，由於釋放資源的方式不確定，提供虛 函式Dispose(); class CounterBase {    void DecRef()    {      if (-- m_ref == 0)      {  +      Dispose();        Destroy();      }   }  +   virtual void Dispose(); // 釋放資源  +   T* m_ptr; }; 派生一個類，該類比基類多了一個deleter物件m_deleter. Dispose()預設實現是 delete  m_ptr; 定製實現是m_deleter(m_ptr); 對於上面的例子，我們可以傳入這樣的deleter： struct CloseFile { void operator()(File* fp) {   if (fp)  fclose(fp); } };對於C++11你可以使用lamdba避免這個冗繁的定義。 FILE*  fp = fopen(xxx); shared_ptr<FILE>  file(fp, CloseFile()); 這樣，fp就可以正常的被關閉了。 4.多執行緒 20年前的C++是隻考慮單執行緒的，但現在早就不一樣了。 為了保證計數的執行緒安全性，需要用到atomic系列函式包裝。 比較簡單點，用相應API替換原始的++ --操作即可。 boost文件給了一些例子，這裡不分析了，如果熟悉實現原理，很容易理解為什麼某些操 作不是執行緒安全的。 分析一下官方文件上給出的一些例子吧。 Examples: shared_ptr<int> p(new int(42)); // Ex 1 // thread A shared_ptr<int> p2(p); // thread B shared_ptr<int> p3(p); 這是安全的。因為是兩個執行緒對計數同時執行原子遞增函式，安全。 // Ex 2 // thread A p.reset(new int(1912); // thread B p2.reset; 這是安全的。 儘管兩個智慧指標指向同一個資源，reset操作僅僅是讓智慧指標內部的計數指標和資源指標指向新的資源，對於老的資源，只不過是同時執行了原子遞減函式，安全。 // Ex 3 // thread A p = p3; // thread B p3.reset(); 這是不安全的。考慮以下執行流： thread A                    thread B                                 對內部引用計數遞減，且剛好減為0；//1 對內部引用計數遞增;//2                                     釋放資源，刪除引用計數(假設沒有weak_ptr引用該資源)// 3 。。。等著掛吧！ // Ex 4 // thread A p3 = p2; // thread B p2 goes out of scope; 原理同上，一樣的是不安全行為； // Ex 5 // thread A p3.reset(new int(1)); // thread B p3.reset(new int(2)); 原理同上，一樣的是不安全行為；
5.迴圈引用 考慮如下情形： class B; // 並不需要B的完整定義。因為shared_ptr僅擁有指標成員，且不執行delete 之類的操作。 class A {  shared_ptr<B>  m_pb; }; class B {  shared_ptr<A>  m_pa; }; shared_ptr<A>  pa(new A); shared_ptr<B>  pb(new B); pa->m_pb = pb; pb->m_pa = pa; 你會發現，pa和pb由於互相指向對方，引用計數不會歸0導致資源不釋放。 為此引入了一種稱作weak_ptr的東西，本質來講，它並不是智慧指標，若訪問資源需要 由它構造一個shared_ptr，可以認為它是對引用計數的一個計數(weak_count)，不是資 源的計數(share_count)。 因此，只要將shared_ptr<A>  m_pa;改為weak_ptr<A>  m_pa;資源即可正常釋放，而此 時很有可能引用計數物件還存在，只要有weak_ptr指向它；所以使用weak_ptr需要先調 用lock()獲取shared_ptr，若不為空才能訪問資源。 6.典型錯誤 struct A {   int a; }; shared_ptr<A>  pa(new A); shared_ptr<int> pint(&pa->a); 上面的程式碼顯然是錯誤的； 成員a屬於A物件，生命期由後者控制。 為此shared_ptr提供了一個成為alias ctor的函式,正確用法如下： shared_ptr<int> pint(pa, &pa->a); pint依然與pa共享資源計數，但是，pint包裹的指標不同。這大概也是為什麼 shared_ptr有一個T*，計數物件也有一個T*，貌似重複，其實不然。 再引用書上的例子： int* p = new int(0); shared_ptr<int> sp1(p); shared_ptr<int> sp2(p); 這是錯誤的，p將被釋放兩次； 正確做法是：shared_ptr<int> sp2(sp1); 另外要關注一下enable_shared_from_this的用法，弄懂了weak_ptr應該是很容易寫出實 現的。shared_ptr程式碼量小，功能又很實用，強烈建議不熟悉的自己手寫實現一遍，可 以看boost例子，但是不要去看boost的程式碼實現。實現完成後可以再去做個對比，有什 麼差異、為什麼。