共享指針的初始化方式

1.裸指針直接初始化，但不能通過隱式轉(zhuǎn)換來構(gòu)造

2.允許移動構(gòu)造，也允許拷貝構(gòu)造

3.通過make_shared構(gòu)造

例：

#include <iostream>
#include <memory>
class Frame {};
int main()
{
  std::shared_ptr<Frame> f(new Frame());              // 裸指針直接初始化
  std::shared_ptr<Frame> f1 = new Frame();            // Error，explicit禁止隱式初始化
  std::shared_ptr<Frame> f2(f);                       // 拷貝構(gòu)造函數(shù)
  std::shared_ptr<Frame> f3 = f;                      // 拷貝構(gòu)造函數(shù)
  f2 = f;                                             // copy賦值運算符重載
  std::cout << f3.use_count() << " " << f3.unique() << std::endl;
  std::shared_ptr<Frame> f4(std::move(new Frame()));        // 移動構(gòu)造函數(shù)
  std::shared_ptr<Frame> f5 = std::move(new Frame());       // Error，explicit禁止隱式初始化
  std::shared_ptr<Frame> f6(std::move(f4));                 // 移動構(gòu)造函數(shù)
  std::shared_ptr<Frame> f7 = std::move(f6);                // 移動構(gòu)造函數(shù)
  std::cout << f7.use_count() << " " << f7.unique() << std::endl;
  std::shared_ptr<Frame[]> f8(new Frame[10]());             // Error，管理動態(tài)數(shù)組時，需要指定刪除器
  std::shared_ptr<Frame> f9(new Frame[10](), std::default_delete<Frame[]>());
  auto f10 = std::make_shared<Frame>();               // std::make_shared來創(chuàng)建
  return 0;
}

注意：

1.盡量避免將一個裸指針傳遞給std::shared_ptr的構(gòu)造函數(shù)，常用的替代手法是使用std::make_shared。如果必須將一個裸指針傳遞給shared_ptr的構(gòu)造函數(shù)，就直接傳遞new運算符的結(jié)果，而非傳遞一個裸指針變量。
2.不要將this指針返回給shared_ptr。當(dāng)希望將this指針托管給shared_ptr時，類需要繼承自std::enable_shared_from_this，并且從shared_from_this()中獲得shared_ptr指針。
3.不要使用相同的原始指針作為實參來創(chuàng)建多個shared_ptr對象，具體原因見下面講的shared_ptr內(nèi)存模型?？梢允褂每截悩?gòu)造或者直接使用重載運算符=進行操作

例：

#include <iostream>
#include <memory>
class Frame {};
int main()
{
  Frame* f1 = new Frame();
  std::shared_ptr<Frame> f2(f1);
  std::shared_ptr<Frame> f3(f1);          // Error
  std::shared_ptr<Frame> f4(f2);
  auto f5 = f2;
  return 0;
}

常用成員函數(shù)

s.get()：返回shared_ptr中保存的裸指針；

s.reset(…)：重置shared_ptr；

• reset( )不帶參數(shù)時，若智能指針s是唯一指向該對象的指針，則釋放，并置空。若智能指針P不是唯一指向該對象的指針，則引用計數(shù)減少1，同時將P置空。
• reset( )帶參數(shù)時，若智能指針s是唯一指向?qū)ο蟮闹羔槪瑒t釋放并指向新的對象。若P不是唯一的指針，則只減少引用計數(shù)，并指向新的對象。如：

auto s = make_shared<int>(100);
s.reset(new int (200));

s.use_count()：返回shared_ptr的強引用計數(shù)；

s.unique()：若use_count()為1，返回true，否則返回false。

具體實例：

auto pointer = std::make_shared<int>(10);
auto pointer2 = pointer; // 引用計數(shù)+1
auto pointer3 = pointer; // 引用計數(shù)+1
int *p = pointer.get(); // 這樣不會增加引用計數(shù)
std::cout << "pointer.use_count() = " << pointer.use_count() << std::endl; // 3
std::cout << "pointer2.use_count() = " << pointer2.use_count() << std::endl; // 3
std::cout << "pointer3.use_count() = " << pointer3.use_count() << std::endl; // 3
pointer2.reset();
std::cout << "reset pointer2:" << std::endl;
std::cout << "pointer.use_count() = " << pointer.use_count() << std::endl; // 2
std::cout << "pointer2.use_count() = " << pointer2.use_count() << std::endl; // 0, pointer2 已 reset
std::cout << "pointer3.use_count() = " << pointer3.use_count() << std::endl; // 2
pointer3.reset();
std::cout << "reset pointer3:" << std::endl;
std::cout << "pointer.use_count() = " << pointer.use_count() << std::endl; // 1
std::cout << "pointer2.use_count() = " << pointer2.use_count() << std::endl; // 0
std::cout << "pointer3.use_count() = " << pointer3.use_count() << std::endl; // 0, pointer3 已 reset

shared_ptr內(nèi)存模型

由圖可以看出，shared_ptr包含了一個指向?qū)ο蟮闹羔樅鸵粋€指向控制塊的指針。每一個由shared_ptr管理的對象都有一個控制塊，它除了包含強引用計數(shù)、弱引用計數(shù)之外，還包含了自定義刪除器的副本和分配器的副本以及其他附加數(shù)據(jù)。

控制塊的創(chuàng)建規(guī)則

• std::make_shared總是創(chuàng)建一個控制塊；
• 從具備所有權(quán)的指針出發(fā)構(gòu)造一個std::shared_ptr時，會創(chuàng)建一個控制塊(如std::unique_ptr轉(zhuǎn)為shared_ptr時會創(chuàng)建控制塊，因為unique_ptr本身不使用控制塊，同時unique_ptr置空)；
• 當(dāng)std::shared_ptr構(gòu)造函數(shù)使用裸指針作為實參時，會創(chuàng)建一個控制塊。這意味從同一個裸指針出發(fā)來構(gòu)造不止一個std::shared_ptr時會創(chuàng)建多重的控制塊，也意味著對象會被析構(gòu)多次。如果想從一個己經(jīng)擁有控制塊的對象出發(fā)創(chuàng)建一個std::shared_ptr，可以傳遞一個shared_ptr或weak_ptr而非裸指針作為構(gòu)造函數(shù)的實參，或者直接使用重載運算符=，這樣則不會創(chuàng)建新的控制塊。

因此，更好的解決方式是盡量避免使用裸指針作為共享指針的實參，而是使用make_shared，此外，make_shared相比直接new還具有以下好處

make_shared的優(yōu)缺點

優(yōu)點

• 避免代碼冗余：創(chuàng)建智能指針時，被創(chuàng)建對象的類型只需寫1次，而用new創(chuàng)建智能指針時，需要寫2次；
• 異常安全：make系列函數(shù)可編寫異常安全代碼，改進了new的異常安全性；
• 提升性能：編譯器有機會利用更簡潔的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生更小更快的代碼。使用make_shared時會一次性進行內(nèi)存分配，該內(nèi)存單塊(single chunck)既保存了T對象又保存與其相關(guān)聯(lián)的控制塊。而直接使用new表達式，除了為T分配一次內(nèi)存，還要為與其關(guān)聯(lián)的控制塊再進行一次內(nèi)存分配。

make_shared與new方式內(nèi)存分布對比圖：

缺點

• 所有的make系列函數(shù)都不允許自定義刪除器；
• make系列函數(shù)創(chuàng)建對象時，不能接受{}初始化列表(這是因為完美轉(zhuǎn)發(fā)的轉(zhuǎn)發(fā)函數(shù)是個模板函數(shù)，它利用模板類型進行推導(dǎo)。因此無法將{}推導(dǎo)為initializer_list)。換言之，make系列只能將圓括號內(nèi)的形參完美轉(zhuǎn)發(fā)；
• **自定義內(nèi)存管理的類(如重載了operator new和operator delete)，不建議使用make_shared來創(chuàng)建。**因為：重載operator new和operator delete時，往往用來分配和釋放該類精確尺寸(sizeof(T))的內(nèi)存塊；而make_shared創(chuàng)建的shared_ptr，是一個自定義了分配器(std::allocate_shared)和刪除器的智能指針，由allocate_shared分配的內(nèi)存大小也不等于上述的尺寸，而是在此基礎(chǔ)上加上控制塊的大??；
• 對象的內(nèi)存可能無法及時回收。因為：make_shared只分配一次內(nèi)存，減少了內(nèi)存分配的開銷，使得控制塊和托管對象在同一內(nèi)存塊上分配。而控制塊是由shared_ptr和weak_ptr共享的，因此兩者共同管理著這個內(nèi)存塊(托管對象+控制塊)。當(dāng)強引用計數(shù)為0時，托管對象被析構(gòu)(即析構(gòu)函數(shù)被調(diào)用)，但內(nèi)存塊并未被回收，只有等到最后一個weak_ptr離開作用域時，弱引用也減為0才會釋放這塊內(nèi)存塊。原本強引用減為0時就可以釋放的內(nèi)存, 現(xiàn)在變?yōu)榱藦娨煤腿跻枚紲p為0時才能釋放, 意外的延遲了內(nèi)存釋放的時間。這對于內(nèi)存要求高的場景來說, 是一個需要注意的問題。

引用計數(shù)

• shared_ptr中的引用計數(shù)直接關(guān)系到何時是否進行對象的析構(gòu)，因此它的變動尤其重要。
• shared_ptr的**構(gòu)造函數(shù)會使該引用計數(shù)遞增，而析構(gòu)函數(shù)會使該計數(shù)遞減。**但移動構(gòu)造表示從一個己有的shared_ptr移動構(gòu)造到一個新的shared_ptr。這意味著一旦新的shared_ptr產(chǎn)生后，原有的shared_ptr會被置空，其結(jié)果是引用計數(shù)沒有變化；
• 拷貝賦值操作同時執(zhí)行兩種操作(如sp1和sp2是指向不同對象的shared_ptr，則執(zhí)行sp1=sp2時，將修改sp1使得其指向sp2所指的對象。而最初sp1所指向的對象的引用計數(shù)遞減，同時sp2所指向的對象引用計數(shù)遞增)；
• reset函數(shù)，如果不帶參數(shù)時，則引用計數(shù)減1。如果帶參數(shù)時，如sp.reset( p )則sp原來指向的對象引用計數(shù)減1，同時sp指向新的對象( p )；
• 如果實施一次遞減后最后的引用計數(shù)變成0，即不再有shared_ptr指向該對象，則會被shared_ptr析構(gòu)掉；
• 引用計數(shù)的遞增和遞減是原子操作，即允許不同線程并發(fā)改變引用計數(shù)。

比較運算符

所有比較運算符都會調(diào)用共享指針內(nèi)部封裝的原始指針的比較運算符；支持==、!=、<、<=、>、>=；同類型的共享指針才能使用比較運算符

shared_ptr<int> sp_n1 = make_shared<int>(1);
shared_ptr<int> sp_n2 = make_shared<int>(2);
shared_ptr<int> sp_nu;
shared_ptr<double> sp_d1 = 
    make_shared<double>(1);
bool bN1LtN2 = sp_n1 < sp_n2;  //true
bool bN1GtNu = sp_n1 > sp_nu;  //true
bool bNuEqNu = sp_nu == sp_nu; //true
bool bN2GtD1 = sp_d1 < sp_n2;  //編譯錯誤

總結(jié)