C++基础（二十二）：智能指针

         智能指针是C++11引入的一种用于自动化管理动态内存的工具，极大简化了内存管理的复杂性。智能指针包括std::unique_ptr、std::shared_ptr和std::weak_ptr。std::unique_ptr实现独占式拥有，确保同一时间只有一个指针可以指向某个动态分配的对象；std::shared_ptr实现共享式拥有，通过引用计数来管理对象的生命周期，多个指针可以同时指向同一个对象；std::weak_ptr用于解决std::shared_ptr循环引用的问题，它不影响引用计数，可以安全地观察和使用由std::shared_ptr管理的对象。通过使用智能指针，开发者可以避免内存泄漏和悬空指针等常见的内存管理问题，从而编写出更加健壮和可靠的代码。

目录

一、为什么需要智能指针？

二、内存泄漏

2.1 什么是内存泄漏，内存泄漏的危害（面试题）

2.2 内存泄漏分类

2.3 如何检测内存泄漏（了解）

2.4 如何避免内存泄漏

三、智能指针的使用及原理

3.1 RAII思想

3.2 智能指针的原理

3.3 std::auto_ptr （C++98提出的：管理权转移）

3.4 std::unique_ptr（C++11提出的防拷贝）

3.5 std::shared_ptr（C++11提出的引用计数的共享拷贝）

四、C++11和boost中智能指针的关系

一、为什么需要智能指针？

      C++中new和malloc申请出来的资源，是需要我们进行手动释放的，因此，很容易发生两个问题：第一，申请的资源忘记释放，第二：会发生异常安全问题。最终都会导致内存或者资源泄漏！

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


int div()
{
	int a, b;
	cin >> a >> b;
	if (b == 0)
		throw invalid_argument("除0错误");
	return a / b;
}
void Func()
{
	// 1、如果p1这里new 抛异常会如何？
	// 2、如果p2这里new 抛异常会如何？
	// 3、如果div调用这里又会抛异常会如何？
	int* p1 = new int;
	int* p2 = new int;
	cout << div() << endl;
	delete p1;
	delete p2;
}
int main()
{
	try
	{
		Func();
	}
	catch (exception& e)
	{
		cout << e.what() << endl;
	}
	return 0;
}

上述代码存在的问题：    

• 如果p1这里new抛异常会如何？

  如果p1 = new int;抛出异常（例如内存分配失败），则控制流会跳转到main函数中的catch块。此时，p1和p2都没有被分配内存，程序不会进入到delete p1;和delete p2;，所以不会有内存泄漏的问题。然而，由于p1和p2都未被分配，直接访问它们将是未定义行为。

• 如果p2这里new抛异常会如何？

  如果p2 = new int;抛出异常，控制流同样会跳转到main函数中的catch块。此时，p1已经被成功分配内存，但p2没有分配。因此，会导致p1的内存泄漏，因为在异常发生时delete p1;没有被调用。

• 如果div调用这里又会抛异常会如何？

  div()函数可能会抛出invalid_argument异常，如果用户输入的第二个值为0。在这种情况下，控制流将跳转到main函数中的catch块。然而，这会导致p1和p2的内存泄漏，因为在div()抛出异常后，delete p1;和delete p2;不会被执行。

二、内存泄漏

2.1 什么是内存泄漏，内存泄漏的危害（面试题）

1. 什么是内存泄漏：内存泄漏指因为疏忽或错误造成程序未能释放已经不再使用的内存的情况。内 存泄漏并不是指内存在物理上的消失，而是应用程序分配某段内存后，因为设计错误，失去了对该段内存的控制，因而造成了内存的浪费。
2. 内存泄漏的危害：长期运行的程序出现内存泄漏，影响很大，如操作系统、后台服务等等，出现内存泄漏会导致响应越来越慢，最终卡死。

void MemoryLeaks()
{
	// 1.内存申请了忘记释放
	int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
	int* p2 = new int;

	// 2.异常安全问题
	int* p3 = new int[10];

	Func(); // 这里Func函数抛异常导致 delete[] p3未执行，p3没被释放.

	delete[] p3;
}

2.2 内存泄漏分类

        C/C++程序中一般我们关心两种方面的内存泄漏：

堆内存泄漏(Heap leak)

       堆内存指的是程序执行中依据须要分配通过malloc / calloc / realloc / new等从堆中分配的一 块内存，用完后必须通过调用相应的 free或者delete 删掉。假设程序的设计错误导致这部分内存没有被释放，那么以后这部分空间将无法再被使用，就会产生Heap Leak。

系统资源泄漏

       指程序使用系统分配的资源，比如套接字、文件描述符、管道等没有使用对应的函数释放 掉，导致系统资源的浪费，严重可导致系统效能减少，系统执行不稳定。

2.3 如何检测内存泄漏（了解）

       在linux下内存泄漏检测：Linux下几款C++程序中的内存泄露检查工具_c++内存泄露工具分析-CSDN博客

       在windows下使用第三方工具：

VS编程内存泄漏：VLD(Visual LeakDetector)内存泄露库_visual leak detector vs2020-CSDN博客

2.4 如何避免内存泄漏

1. 工程前期良好的设计规范，养成良好的编码规范，申请的内存空间记着匹配的去释放。ps： 这个理想状态。但是如果碰上异常时，就算注意释放了，还是可能会出问题。需要下一条智能指针来管理才有保证。
2. 采用RAII思想或者智能指针来管理资源。
3. 有些公司内部规范使用内部实现的私有内存管理库。这套库自带内存泄漏检测的功能选项。
4. 出问题了使用内存泄漏工具检测。

总结一下: 内存泄漏非常常见，解决方案分为两种：

1、事前预防型。如智能指针等。

2、事后查错型。如泄 漏检测工具。

三、智能指针的使用及