一、从new和delete谈起

在C++中，可以使用new和delete关键字进行对象的创建和销毁，new一个对象实际上是在堆上分配内存，而new出来的对象也要自己用delete释放，从而回收内存，否则会造成内存的泄露。由程序员自己new来分配对象内存的方式成为动态分配。

其中有两个要点

• new和delete需要成对使用，有new必然有delete，否则会导致内存泄漏，没有new分配的内存，不能使用delete来释放。
• delete一块内存，只能delete一次，不可以delete多次，因为第一次delete之后，这块内存被回收会被分配给其他变量。可以在delete一个指针后将该指针设置为空ptr = nullptr。因为一个指针指向的内容即便被delete，该指针中依然保存着它所指向的那块动态内存地址，此时该指针被称为选空指针。如果此时将指针置空，则表示该指针不指向任何内存，这是一个良好的编程习惯

在使用动态分配时经常会有以下问题：

• 内存泄漏：new了的对象再使用完后忘记delete导致内存一直被占用，相当于吃完饭不收盘子
• 重复删除：对已经delete的对象进行再次delete，但是原内存空间被分配给了其他对象，导致回收到了其他的内存空间，相当于吃完饭把别人的盘子收了
• 回收冲突：A和B均需要使用对象a，A使用完之后就顺手delete了a，但是B还需要使用a。相当于别人没吃完自己吃完，先把盘子收走了

总的来说，对内存进行管理依然是会让初学者头大的一个挑战，因此C++新标准中出现了智能指针。

二、智能指针

直接使用new一个对象的方式返回的是一个对象的指针，这个对象指针称为裸指针，这种指针功能强大使用灵活，但是需要全程负责维护，容易出错。在C++ 11中引入了新的指针——智能指针，智能指针对裸指针进行了包装，最突出的特性是智能指针能够自动释放所指向的对象。

C++标准库中规定了四种智能指针，分别是std::auto_ptr, std::unique_ptr, std:shared_ptr, std:weak_ptr，其中std::auto_ptr是C++ 98推出的，目前该智能指针已被std:unique_ptr取代，C++ 11中也明确弃用了该种智能指针。这三种指针其实都是类模板，可以将new获得的地址赋予给他们

• shared_ptr是共享指针的概念，多个指针指向同一个对象，最后一个指针被销毁时，这个对象会被释放。
• weak_ptr主要用于辅助shared_ptr工作
• unique_ptr是一种独占式指针的概念，同一个时间内只能由一个指针指向该对象

2.1 shared_ptr

shared_ptr指针采用共享所有权来管理所指向对象的生存期，对象可以被多个shared_ptr指向，多个shared_ptr之间互相协作，从而确保只在不需要所指对象的时候才回收对象。shared_ptr的工作机制是引用计数，每一个shared_ptr指向相同的对象都会增加引用计数值，知道最后一个指向该对象的shared_ptr指针不再指向该对象的时候，才会析构对象

智能指针是一个类模板，使用尖括号规定指针指向的类型，使用形式如下

shared_ptr<指向的类型> 智能指针名

// 样例
shared_ptr<string> p1; //一个指向string的智能指针

当然，智能指针也可以进行带初值的初始化

shared_ptr<int> pi(new int(100));

这是使用裸指针初始化智能指针的场景，但是还会遇到一些陷阱，因此shared_ptr模板中内置了make_shared函数进行初始化，是最安全并且更高效的初始化方法，它能够在动态内存（堆）中分配并且初始化一个对象，然后返回指向此对象的shared_ptr，使用方法如下：

shared_ptr<int> p2 = std::make_shared<int>(10);
shared_ptr<string> p3 = std::make_shared<string>(10, 'hello');

2.1.2 shared_ptr常规操作

1.引用计数的增加
每个shared_ptr会记录有多少个其他shared_ptr指向同样的对象
(1) 使用智能指针对另一个智能指针进行初始化

auto p6 = std::make_shared<int>(100);
auto p7 = p6;

(2)把智能指针作为实参往函数中传递

void myfunc(shared_ptr<int> ptmp){
	return;
}

myfunc(p7);

这会增加指针引用数，当函数返回时减少
(3)作为函数返回值

shared_ptr<int> myfunc(shared_ptr<int> ptmp){
	return ptmp;
}

p8 = myfunc(p7);

2.引用计数减少
（1）shared_ptr指向新对象的时候，引用计数减少
（2）局部智能指针离开其作用域，比如上面（2）中智能指针作为实参传递进函数时增加引用数，函数执行完毕后减少
（3）当一个shared_ptr引用技术变为0的时候，会自动释放自己管理的对象

3.常规操作
（1）use_count成员函数：返回有多少个智能指针指向某个对象
（2）unique成员函数，是否仅有一个智能指针指向某对象
（3）reset成员函数，不带参数时，pi置空，原对象引用计数-1；带参数则将该智能指针指向参数中的对象

*4.解引用
返回智能指针p指向的对象

5.get成员函数
p.get()用于返回智能指针p中保存的指针，小心使用，若智能指针释放了所指向的对象，则返回的指针所指的对象也会失效。

2.2 weak_ptr简介

weak_ptr是一个智能指针，这种智能指针指向一个由shared_ptr管理的对象，但是这种指针并不控制所指向对象的生存期，也不会改变shaed_ptr的引用计数。使用样例如下：

auto pi = make_shared<int>(100);
weak_ptr<int> piw(pi);

既然weak_ptr所指向的对象有可能不存在，那么waek_ptr是不能直接用于访问对象的，必须要使用一个叫做lock的成员函数，lock的功能是检查weak_ptr所指向的对象是否还存在，如果是，lock能够返回一个指向共享对象的shared_ptr，如果不存在，则返回一个空的shared_ptr

常用操作
1.use_count成员函数
获取该弱指针共享对象的其他shared_ptr数量，或者说强引用计数的数量

2.expired
若该指针的use_count为0，则返回true，反则返回false

3.reset成员函数
将该弱指针设置为空，不影响该对象的强引用数量，但是指向该对象的弱引用数量减1

4.lock
获取一个弱指针所指向的对象的shared_ptr

2.2.1 shared_ptr和weak_ptr的大小

weak_ptr和shared_ptr的尺寸都是裸指针的2倍大小，在x86平台下，一个裸指针的sizeof时4Bytes，因此weak_ptr和shared_ptr的大小都是8Bytes。其实这8个字节包含了2个裸指针，如图示：

其中第一个裸指针指向智能指针所指向的对象，第二个指针指向一个控制块，这个控制块中有：1.所指对象的引用计数 2.所指对象的弱引用计数 3.其他数据，比如自定义的删除器指针

2.3 unique_ptr简介和常规操作

2.3.1 unique_ptr简介

unique_ptr智能指针是一种独占式智能指针，同一个时刻，只有一个unique_ptr指针指向这个对象，当这个unique_ptr被销毁的时候，它所指向的对象也会被销毁。

1.常规初始化（unique_ptr和new配合）

unique_ptr<int> pi;
unique_ptr<int> pi2(new int(105));

2.make_unique函数
C++ 11中没有make_unique函数，但是C++ 14提供了这个函数
和常规的初始化相比，要优先选择make_unique函数，这能有更好的性能。但是如果使用make_unqiue的话，就不能使用删除器，因为make_unique不支持指定删除器的语法

unique_ptr<int> p1 = std::make_unique<int>(100);
auto p2 = std::make_unique<int>(200);

2.3.2 unique_ptr常用操作

1.unique_ptr不支持的操作

unique_ptr<string> ps1(new string("I Love China!));
unique_ptr<string> ps2(ps1);	// 不支持复制
unique_ptr<string> ps3 = ps1;	// 不支持复制
unique_ptr<string> ps4;
ps4 = ps1;	// 不支持赋值动作

unique_ptr不允许复制、赋值等操作，是一个只能移动不能复制的语义

2.移动语义
可以通过std:move将一个unique_ptr转移到其他的unique_ptr中

unique_ptr<string> ps1(new string("I Love China!));
unique_ptr<string> ps3 = std::move(ps1);	// 转移后ps3为空了，ps3指向原来的ps1所指

3.release成员函数
放弃对指针的控制权，切断智能指针和其所指向对象之间的联系。返回指针，将智能指针置空，返回的裸指针可以手工delete食坊，也可以用于初始化另一个智能指针，或者给另外一个智能指针赋值。

4.reset成员函数
当reset不带参数的时候，释放智能指针指向对象，并且将智能指针置空，当reset带参数时，释放智能指针指向原来的内存，让该智能指针指向新内存。

5.=nullptr
释放智能指针所指向的对象，并且将智能指针置空

6.指向一个数组

std::unique_ptr<int[]> ptr_arr(new int[10]);
ptr_arr[0] = 12;