C++智能指针模板应用详细介绍

智能指针的概念

在C++中，当我们使用new创建了一个对象时，需要手动的调用delete来释放内存。但是，如果在某个地方忘记释放内存，就会导致内存泄漏问题。为了避免这个问题，我们可以使用智能指针来管理内存。

一个智能指针是一个类，它行为像一个指针，但它还额外提供了内存管理的功能。智能指针类会通过在构造函数中调用new和在析构函数中调用delete，自动的管理所指向的内存。

智能指针的分类

C++中有三种常用的智能指针：unique_ptr、shared_ptr、weak_ptr。

unique_ptr

unique_ptr是对裸指针的包装，保证对象在生命周期的某个时刻一定会被删除。unique_ptr是独占所有权的，一个对象只能由一个unique_ptr管理。

unique_ptr的构造函数是explicit的，因此只能从一个与其类型相同的unique_ptr来构造另一个unique_ptr。这个限制避免了将一个unique_ptr指针误传或误赋给其他类型指针的问题。

shared_ptr

shared_ptr是一种可以被多个智能指针共享所有权的指针。shared_ptr能够记录有多少智能指针在共享同一个对象，所有的shared_ptr在对象的引用计数变为0之前都有效，当计数为0时，shared_ptr会自动调用delete释放该对象的内存。

weak_ptr

weak_ptr是为了避免shared_ptr的循环引用问题而设计的，它是一种不控制对象生命周期的智能指针，也可以说是一种弱引用。弱引用是指不能改变一个对象的生命周期。

weak_ptr可以从一个shared_ptr或另一个weak_ptr对象构造，它的构造和复制都不会引起引用计数的增加。weak_ptr可以通过lock()函数来获得一个有效的shared_ptr指针，该函数会检查weak_ptr指针指向的对象是否存在，如果存在返回一个新的shared_ptr，否则返回一个空的shared_ptr。

智能指针的应用场景

智能指针可以用在需要动态分配内存的使用场景中，例如管理一个资源的所有权，实现类对象的互相关联等。智能指针也可以用在单元测试中，帮助我们管理资源的申请和释放。

示例代码

unique_ptr示例

#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;

class Person {
public:
    Person(string name) {
        this->name = name;
        cout << "construct " << name << endl;
    }
    ~Person() {
        cout << "destruct " << name << endl;
    }
private:
    string name;
};

int main() {
    unique_ptr<Person> person(new Person("Jack"));
    return 0;
}

输出结果：

construct Jack
destruct Jack

shared_ptr示例

#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;

class Person {
public:
    Person(string name) {
        this->name = name;
        cout << "construct " << name << endl;
    }
    ~Person() {
        cout << "destruct " << name << endl;
    }
private:
    string name;
};

int main() {
    shared_ptr<Person> shared_person1(new Person("Jack"));
    shared_ptr<Person> shared_person2 = shared_person1;
    cout << "the count of shared_ptr is " << shared_person1.use_count() << endl;
    return 0;
}

输出结果：

construct Jack
the count of shared_ptr is 2
destruct Jack

从输出结果可以看出，shared_ptr的引用计数是2，也就是说有两个shared_ptr指向同一个Person对象。当程序结束时，Person对象的析构函数被调用，内存被正确释放。