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員，在保證效率的同時，也給了很多犯錯的機會。常見的記憶體泄露、重複釋放等等。智能指標大大減少了犯錯的機會，簡化代碼，提高可維護性。常用的智能指標有scope_ptr(c++ 11 unique_ptr)，利用RAII特性，保證資源在範圍失效的時候被釋放，也保證異常拋出時棧復原能夠釋放資源；引用計數智能指標(shared_ptr)，用於某個資源被多個owner共用，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用，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不為空白，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數應該增加資源計數：++ *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。因此將引用計數封裝一下，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；拋開數組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)；因此需要第二個參數傳給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，提供虛函數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對象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.多線程20年前的C++是只考慮單線程的，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系列函數封裝。比較簡單點，用相應API替換原始的++ --操作即可。boost文檔給了一些例子，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安全執行緒的。分析一下官方文檔上給出的一些例子吧。Examples:shared_ptr<int> p(new int(42));// Ex 1// thread Ashared_ptr<int> p2(p);// thread Bshared_ptr<int> p3(p);這是安全的。因為是兩個線程對計數同時執行原子遞增函數，安全。// Ex 2// thread Ap.reset(new int(1912);// thread Bp2.reset;這是安全的。儘管兩個智能指標指向同一個資源，reset操作僅僅是讓智能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數，安全。// Ex 3// thread Ap = p3;// thread Bp3.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 Ap3 = p2;// thread Bp2 goes out of scope;原理同上，一樣的是不安全行為；// Ex 5// thread Ap3.reset(new int(1));// thread Bp3.reset(new int(2));原理同上，一樣的是不安全行為；
5.循環參考考慮如下情形：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，它並不是智能指標，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對象還存在，只要有weak_ptr指向它；所以使用weak_ptr需要先調用lock()擷取shared_ptr，若不為空白才能訪問資源。6.典型錯誤struct A{ int a;};shared_ptr<A> pa(new A);shared_ptr<int> pint(&pa->a);上面的代碼顯然是錯誤的；成員a屬於A對象，生命期由後者控制。為此shared_ptr提供了一個成為alias ctor的函數,正確用法如下：shared_ptr<int> pint(pa, &pa->a);pint依然與pa共用資源計數，但是，pint包裹的指標不同。這大概也是為什麼shared_ptr有一個T*，計數對象也有一個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代碼量小，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的代碼實現。實現完成後可以再去做個對比，有什麼差異、為什麼。
