C++智能指针实例详解
本文通过实例详细阐述了C++关于智能指针的概念及用法，有助于读者加深对智能指针的理解。详情如下：
一、简介
由于C++语言没有自动内存回收机制，程序员每次new出来的内存都要手动delete。程序员忘记delete，流程太复杂，最终导致没有delete，异常导致程序过早退出，没有执行delete的情况并不罕见。
用智能指针便可以有效缓解这类问题，本文主要讲解参见的智能指针的用法。包括：std::auto_ptr、boost::scoped_ptr、boost::shared_ptr、boost::scoped_array、boost::shared_array、boost::weak_ptr、boost::intrusive_ptr。你可能会想，如此多的智能指针就为了解决new、delete匹配问题，真的有必要吗？看完这篇文章后，我想你心里自然会有答案。
下面就按照顺序讲解如上7种智能指针（smart_ptr）。
二、具体使用
1、总括
对于编译器来说，智能指针实际上是一个栈对象，并非指针类型，在栈对象生命期即将结束时，智能指针通过析构函数释放有它管理的堆内存。所有智能指针都重载了“operator->”操作符，直接返回对象的引用，用以操作对象。访问智能指针原来的方法则使用“.”操作符。
访问智能指针包含的裸指针则可以用get()函数。由于智能指针是一个对象，所以if(my_smart_object)永远为真，要判断智能指针的裸指针是否为空，需要这样判断：if(my_smart_object.get())。
智能指针包含了reset()方法，如果不传递参数（或者传递NULL），则智能指针会释放当前管理的内存。如果传递一个对象，则智能指针会释放当前对象，来管理新传入的对象。
我们编写一个测试类来辅助分析：
classSimple{
public:
Simple(intparam=0){
number=param;
std::cout<<"Simple:"<<number<<std::endl;
}
~Simple(){
std::cout<<"~Simple:"<<number<<std::endl;
}
voidPrintSomething(){
std::cout<<"PrintSomething:"<<info_extend.c_str()<<std::endl;
}
std::stringinfo_extend;
intnumber;
};
2、std::auto_ptr
std::auto_ptr属于STL，当然在namespacestd中，包含头文件#include<memory>便可以使用。std::auto_ptr能够方便的管理单个堆内存对象。
我们从代码开始分析：
voidTestAutoPtr(){
std::auto_ptr<Simple>my_memory(newSimple(1));//创建对象，输出：Simple：1
if(my_memory.get()){//判断智能指针是否为空
my_memory->PrintSomething();//使用operator->调用智能指针对象中的函数
my_memory.get()->info_extend="Addition";//使用get()返回裸指针，然后给内部对象赋值
my_memory->PrintSomething();//再次打印，表明上述赋值成功
(*my_memory).info_extend+="other";//使用operator*返回智能指针内部对象，然后用“.”调用智能指针对象中的函数
my_memory->PrintSomething();//再次打印，表明上述赋值成功
}
}//my_memory栈对象即将结束生命期，析构堆对象Simple(1)
执行结果为：
Simple:1 PrintSomething: PrintSomething:Addition PrintSomething:Additionother ~Simple:1
上述为正常使用std::auto_ptr的代码，一切似乎都良好，无论如何不用我们显示使用该死的delete了。
其实好景不长，我们看看如下的另一个例子：
voidTestAutoPtr2(){
std::auto_ptr<Simple>my_memory(newSimple(1));
if(my_memory.get()){
std::auto_ptr<Simple>my_memory2;//创建一个新的my_memory2对象
my_memory2=my_memory;//复制旧的my_memory给my_memory2
my_memory2->PrintSomething();//输出信息，复制成功
my_memory->PrintSomething();//崩溃
}
}
最终如上代码导致崩溃，如上代码时绝对符合C++编程思想的，居然崩溃了，跟进std::auto_ptr的源码后，我们看到，罪魁祸首是“my_memory2=my_memory”，这行代码，my_memory2完全夺取了my_memory的内存管理所有权，导致my_memory悬空，最后使用时导致崩溃。
所以，使用std::auto_ptr时，绝对不能使用“operator=”操作符。作为一个库，不允许用户使用，确没有明确拒绝，多少会觉得有点出乎预料。
看完std::auto_ptr好景不长的第一个例子后，让我们再来看一个：
voidTestAutoPtr3(){
std::auto_ptr<Simple>my_memory(newSimple(1));
if(my_memory.get()){
my_memory.release();
}
}
执行结果为：
Simple:1
看到什么异常了吗？我们创建出来的对象没有被析构，没有输出“~Simple:1”，导致内存泄露。当我们不想让my_memory继续生存下去，我们调用release()函数释放内存，结果却导致内存泄露（在内存受限系统中，如果my_memory占用太多内存，我们会考虑在使用完成后，立刻归还，而不是等到my_memory结束生命期后才归还）。
正确的代码应该为：
voidTestAutoPtr3(){
std::auto_ptr<Simple>my_memory(newSimple(1));
if(my_memory.get()){
Simple*temp_memory=my_memory.release();
deletetemp_memory;
}
}
或
voidTestAutoPtr3(){
std::auto_ptr<Simple>my_memory(newSimple(1));
if(my_memory.get()){
my_memory.reset();//释放my_memory内部管理的内存
}
}
原来std::auto_ptr的release()函数只是让出内存所有权，这显然也不符合C++编程思想。
总结：std::auto_ptr可用来管理单个对象的对内存，但是，请注意如下几点：
（1） 尽量不要使用“operator=”。如果使用了，请不要再使用先前对象。
（2） 记住release()函数不会释放对象，仅仅归还所有权。
（3） std::auto_ptr最好不要当成参数传递（读者可以自行写代码确定为什么不能）。
（4） 由于std::auto_ptr的“operator=”问题，有其管理的对象不能放入std::vector等容器中。
使用一个std::auto_ptr的限制还真多，还不能用来管理堆内存数组，这应该是你目前在想的事情吧，我也觉得限制挺多的，哪天一个不小心，就导致问题了。
由于std::auto_ptr引发了诸多问题，一些设计并不是非常符合C++编程思想，所以引发了下面boost的智能指针，boost智能指针可以解决如上问题。
让我们继续向下看。
3、boost::scoped_ptr
boost::scoped_ptr属于boost库，定义在namespaceboost中，包含头文件#include<boost/smart_ptr.hpp>便可以使用。boost::scoped_ptr跟std::auto_ptr一样，可以方便的管理单个堆内存对象，特别的是，boost::scoped_ptr独享所有权，避免了std::auto_ptr恼人的几个问题。
我们还是从代码开始分析：
voidTestScopedPtr(){
boost::scoped_ptr<Simple>my_memory(newSimple(1));
if(my_memory.get()){
my_memory->PrintSomething();
my_memory.get()->info_extend="Addition";
my_memory->PrintSomething();
(*my_memory).info_extend+="other";
my_memory->PrintSomething();
my_memory.release();//编译error:scoped_ptr没有release函数
std::auto_ptr<Simple>my_memory2;
my_memory2=my_memory;//编译error:scoped_ptr没有重载operator=，不会导致所有权转移
}
}
首先，我们可以看到，boost::scoped_ptr也可以像auto_ptr一样正常使用。但其没有release()函数，不会导致先前的内存泄露问题。其次，由于boost::scoped_ptr是独享所有权的，所以明确拒绝用户写“my_memory2=my_memory”之类的语句，可以缓解std::auto_ptr几个恼人的问题。
由于boost::scoped_ptr独享所有权，当我们真真需要复制智能指针时，需求便满足不了了，如此我们再引入一个智能指针，专门用于处理复制，参数传递的情况，这便是如下的boost::shared_ptr。
4、boost::shared_ptr
boost::shared_ptr属于boost库，定义在namespaceboost中，包含头文件#include<boost/smart_ptr.hpp>便可以使用。在上面我们看到boost::scoped_ptr独享所有权，不允许赋值、拷贝，boost::shared_ptr是专门用于共享所有权的，由于要共享所有权，其在内部使用了引用计数。boost::shared_ptr也是用于管理单个堆内存对象的。
我们还是从代码开始分析：
voidTestSharedPtr(boost::shared_ptr<Simple>memory){//注意：无需使用reference(或constreference)
memory->PrintSomething();
std::cout<<"TestSharedPtrUseCount:"<<memory.use_count()<<std::endl;
}
voidTestSharedPtr2(){
boost::shared_ptr<Simple>my_memory(newSimple(1));
if(my_memory.get()){
my_memory->PrintSomething();
my_memory.get()->info_extend="Addition";
my_memory->PrintSomething();
(*my_memory).info_extend+="other";
my_memory->PrintSomething();
}
std::cout<<"TestSharedPtr2UseCount:"<<my_memory.use_count()<<std::endl;
TestSharedPtr(my_memory);
std::cout<<"TestSharedPtr2UseCount:"<<my_memory.use_count()<<std::endl;
//my_memory.release();//编译error:同样，shared_ptr也没有release函数
}
执行结果为：
Simple:1 PrintSomething: PrintSomething:Addition PrintSomething:Additionother TestSharedPtr2UseCount:1 PrintSomething:Additionother TestSharedPtrUseCount:2 TestSharedPtr2UseCount:1 ~Simple:1
boost::shared_ptr也可以很方便的使用。并且没有release()函数。关键的一点，boost::shared_ptr内部维护了一个引用计数，由此可以支持复制、参数传递等。boost::shared_ptr提供了一个函数use_count()，此函数返回boost::shared_ptr内部的引用计数。查看执行结果，我们可以看到在TestSharedPtr2函数中，引用计数为1，传递参数后（此处进行了一次复制），在函数TestSharedPtr内部，引用计数为2，在TestSharedPtr返回后，引用计数又降低为1。当我们需要使用一个共享对象的时候，boost::shared_ptr是再好不过的了。
在此，我们已经看完单个对象的智能指针管理，关于智能指针管理数组，我们接下来讲到。
5、boost::scoped_array
boost::scoped_array属于boost库，定义在namespaceboost中，包含头文件#include<boost/smart_ptr.hpp>便可以使用。
boost::scoped_array便是用于管理动态数组的。跟boost::scoped_ptr一样，也是独享所有权的。
我们还是从代码开始分析：
voidTestScopedArray(){
boost::scoped_array<Simple>my_memory(newSimple[2]);//使用内存数组来初始化
if(my_memory.get()){
my_memory[0].PrintSomething();
my_memory.get()[0].info_extend="Addition";
my_memory[0].PrintSomething();
(*my_memory)[0].info_extend+="other";//编译error，scoped_ptr没有重载operator*
my_memory[0].release();//同上，没有release函数
boost::scoped_array<Simple>my_memory2;
my_memory2=my_memory;//编译error，同上，没有重载operator=
}
}
boost::scoped_array的使用跟boost::scoped_ptr差不多，不支持复制，并且初始化的时候需要使用动态数组。另外，boost::scoped_array没有重载“operator*”，其实这并无大碍，一般情况下，我们使用get()函数更明确些。
下面肯定应该讲boost::shared_array了，一个用引用计数解决复制、参数传递的智能指针类。
6、boost::shared_array
boost::shared_array属于boost库，定义在namespaceboost中，包含头文件#include<boost/smart_ptr.hpp>便可以使用。
由于boost::scoped_array独享所有权，显然在很多情况下（参数传递、对象赋值等）不满足需求，由此我们引入boost::shared_array。跟boost::shared_ptr一样，内部使用了引用计数。
我们还是从代码开始分析：
voidTestSharedArray(boost::shared_array<Simple>memory){//注意：无需使用reference(或constreference)
std::cout<<"TestSharedArrayUseCount:"<<memory.use_count()<<std::endl;
}
voidTestSharedArray2(){
boost::shared_array<Simple>my_memory(newSimple[2]);
if(my_memory.get()){
my_memory[0].PrintSomething();
my_memory.get()[0].info_extend="Addition00";
my_memory[0].PrintSomething();
my_memory[1].PrintSomething();
my_memory.get()[1].info_extend="Addition11";
my_memory[1].PrintSomething();
//(*my_memory)[0].info_extend+="other";//编译error，scoped_ptr没有重载operator*
}
std::cout<<"TestSharedArray2UseCount:"<<my_memory.use_count()<<std::endl;
TestSharedArray(my_memory);
std::cout<<"TestSharedArray2UseCount:"<<my_memory.use_count()<<std::endl;
}
执行结果为：
Simple:0 Simple:0 PrintSomething: PrintSomething:Addition00 PrintSomething: PrintSomething:Addition11 TestSharedArray2UseCount:1 TestSharedArrayUseCount:2 TestSharedArray2UseCount:1 ~Simple:0 ~Simple:0
跟boost::shared_ptr一样，使用了引用计数，可以复制，通过参数来传递。
至此，我们讲过的智能指针有std::auto_ptr、boost::scoped_ptr、boost::shared_ptr、boost::scoped_array、boost::shared_array。这几个智能指针已经基本够我们使用了，90%的使用过标准智能指针的代码就这5种。可如下还有两种智能指针，它们肯定有用，但有什么用处呢，一起看看吧。
7、boost::weak_ptr
boost::weak_ptr属于boost库，定义在namespaceboost中，包含头文件#include<boost/smart_ptr.hpp>便可以使用。
在讲boost::weak_ptr之前，让我们先回顾一下前面讲解的内容。似乎boost::scoped_ptr、boost::shared_ptr这两个智能指针就可以解决所有单个对象内存的管理了，这儿还多出一个boost::weak_ptr，是否还有某些情况我们没纳入考虑呢？
回答：有。首先boost::weak_ptr是专门为boost::shared_ptr而准备的。有时候，我们只关心能否使用对象，并不关心内部的引用计数。boost::weak_ptr是boost::shared_ptr的观察者（Observer）对象，观察者意味着boost::weak_ptr只对boost::shared_ptr进行引用，而不改变其引用计数，当被观察的boost::shared_ptr失效后，相应的boost::weak_ptr也相应失效。
我们还是从代码开始分析：
voidTestWeakPtr(){
boost::weak_ptr<Simple>my_memory_weak;
boost::shared_ptr<Simple>my_memory(newSimple(1));
std::cout<<"TestWeakPtrboost::shared_ptrUseCount:"<<my_memory.use_count()<<std::endl;
my_memory_weak=my_memory;
std::cout<<"TestWeakPtrboost::shared_ptrUseCount:"<<my_memory.use_count()<<std::endl;
}
执行结果为：
Simple:1 TestWeakPtrboost::shared_ptrUseCount:1 TestWeakPtrboost::shared_ptrUseCount:1 ~Simple:1
我们看到，尽管被赋值了，内部的引用计数并没有什么变化，当然，读者也可以试试传递参数等其他情况。
现在要说的问题是，boost::weak_ptr到底有什么作用呢？从上面那个例子看来，似乎没有任何作用，其实boost::weak_ptr主要用在软件架构设计中，可以在基类（此处的基类并非抽象基类，而是指继承于抽象基类的虚基类）中定义一个boost::weak_ptr，用于指向子类的boost::shared_ptr，这样基类仅仅观察自己的boost::weak_ptr是否为空就知道子类有没对自己赋值了，而不用影响子类boost::shared_ptr的引用计数，用以降低复杂度，更好的管理对象。
8、boost::intrusive_ptr
boost::intrusive_ptr属于boost库，定义在namespaceboost中，包含头文件#include<boost/smart_ptr.hpp>便可以使用。
讲完如上6种智能指针后，对于一般程序来说C++堆内存管理就够用了，现在有多了一种boost::intrusive_ptr，这是一种插入式的智能指针，内部不含有引用计数，需要程序员自己加入引用计数，不然编译不过（⊙﹏⊙b汗）。个人感觉这个智能指针没太大用处，至少我没用过。有兴趣的朋友自己研究一下源代码哦。
三、总结
如上讲了这么多智能指针，有必要对这些智能指针做个总结：
1、在可以使用boost库的场合下，拒绝使用std::auto_ptr，因为其不仅不符合C++编程思想，而且极容易出错。
2、在确定对象无需共享的情况下，使用boost::scoped_ptr（当然动态数组使用boost::scoped_array）。
3、在对象需要共享的情况下，使用boost::shared_ptr（当然动态数组使用boost::shared_array）。
4、在需要访问boost::shared_ptr对象，而又不想改变其引用计数的情况下，使用boost::weak_ptr，一般常用于软件框架设计中。
5、最后一点，也是要求最苛刻一点：在你的代码中，不要出现delete关键字（或C语言的free函数），因为可以用智能指针去管理。