C++新特性-智能指针

std::weak_ptr

std::weak_ptr是一种弱引用，它不能单独使用，设计之初是为了配合std::shared_ptr，解决后者设计上存在的问题。

• 使用注意：

  • 不能直接指向原始指针:std::weak_ptr<int> wp (new int);
  • 只能指向std::shared_ptr对象或者std::weak_ptr对象
  • 不增加引用计数
  • 可以用expired()来检测指向的std::shared_ptr管理的对象是否被析构了。
  • 不能直接使用std::shared_ptr管理的对象，如果要使用需要调用lock()。如果底层的对象还没被析构，那么就会返回一个std::shared_ptr指针，指向该对象，否则返回nullptr。

• 构造函数

      constexpr weak_ptr() noexcept;weak_ptr( const weak_ptr& r ) noexcept;weak_ptr( weak_ptr&& r ) noexcept;template< typename Y >weak_ptr( const weak_ptr<Y>& r ) noexcept;template< typename Y >weak_ptr( weak_ptr<Y>&& r ) noexcept;template< typename Y >weak_ptr( const std::shared_ptr<Y>& r ) noexcept;
  

  从构造函数可见，std::weak_ptr只能接受std::weak_ptr和std::shared_ptr类型，而不能std::weak_ptr<T> wp (new T);。

  移动语义下的构造函数，构造完成 r 将会变成 nullptr ，不可用。

  std::weak_ptr 的正确使用场景是那些资源如果可能就使用，如果不可使用则不用的场景，它不参与资源的生命周期管理。例如，网络分层结构中，Session 对象（会话对象）利用 Connection 对象（连接对象）提供的服务工作，但是 Session 对象不管理 Connection 对象的生命周期，Session 管理 Connection 的生命周期是不合理的，因为网络底层出错会导致 Connection 对象被销毁，此时 Session 对象如果强行持有 Connection 对象与事实矛盾。

• std::weak_ptr 主要有两个用途：

它只能配合std::shared_ptr使用，不能单独使用。

• 防止 std::shared_ptr循环引用
  如果两个std::shared_ptr相互引用，那么就会形成一个环，引用计数无法变成0，也会导致内存泄漏。

  class Foo : public std::enable_shared_from_this<Foo> { public:Foo(){ std::cout<<"ctor\n"; }~Foo(){ std::cout<<"dtor\n"; }void self() { fptr_ = shared_from_this();}private:std::shared_ptr<Foo> fptr_; // 改 fptr_ 为 std::weak_ptr 类型即可};int main() { {std::shared_ptr<Foo> fptr = std::make_shared<Foo>();fptr->self();}   return 0;}

• std::enable_shared_from_this<T>::shared_from_this
  这是个侵入式设计。为的解决传入this导致对象被析构两次的问题。
  什么情况下需要使用 shared_from_this() ??? 用于返回当前对象 *this 的std::shared_ptr类型指针时：

     class Foo : public enable_shared_from_this<Foo>{public:Foo(){ std::cout<<"Foo ctor.\n";}~Foo(){std::cout<<"Foo dtor.\n";}std::shared_ptr<Foo> getSelf(){ return shared_from_this();}};int main() {Foo* foo = new Foo; std::shared_ptr<Foo> sp1(foo);std::shared_ptr<Foo> sp2 = sp1->getSelf();  // 为了对 foo对象进行共享std::cout<<std::boolalpha;std::cout<<(sp2.get()== foo)<<std::endl;std::cout<<sp1.use_count()<<std::endl;} 
  

  函数原型

     template<typename _Tp>class enable_shared_from_this {protected:...public:shared_ptr<_Tp>shared_from_this() { return shared_ptr<_Tp>(this->_M_weak_this); }shared_ptr<const _Tp>shared_from_this() const { return shared_ptr<const _Tp>(this->_M_weak_this); }private:...mutable weak_ptr<_Tp>  _M_weak_this;}
  

  enable_shared_from_this的子类需要返回自身的std::shared_ptr指针，那么就需要继承这个类。

• 成员变量为什么是weak_ptr类型
  因为如果是std::shared_ptr类型，那么就永远无法析构对象自身。

  这个_M_weak_this不是这个类中初始化，而是在shared_ptr中初始化，初始化的值就是this。因此如果智能指针类型是std::shared_ptr，那么这个类对象一旦创建，引用计数就是1，那么永远也无法析构。

• 为什么不直接传回this
std::shared_ptr的引用计数增加是需要用operator=实现的。

      class Foo {/** ... */};int main() {Foo* foo = new Foo;std::shared_ptr<Foo> sp1(foo);std::shared_ptr<Foo> sp2(foo);std::cout<<sp1.use_count()<<std::endl; // 输出是1}  
  

  也就是说，尽管sp1和sp2都指向了foo，但是却不共享计数，当析构的时候就会被析构两次，产生未定义行为。
  std::weak_ptr可以接受std::shared_ptr参数来构造自己，std::shared_ptr也具有接受std::weak_ptr参数来构造自己。

智能指针问题

• share_ptr 与unique_ptr区别

  主要在于前者采用引用技术实现对象共享，redis里的对象管理也是采用这个。而后者只能独占，不能赋值/复制，只能移动，因为其拷贝构造函数和赋值函数被禁用了。

  在std::unique_ptr内部：

      // Disable copy from lvalue.unique_ptr(const unique_ptr&) = delete;unique_ptr& operator=(const unique_ptr&) = delete;
  

参考

• 循环引用
• shared_from_tbis

shared_ptr 指向一个动态数组需要注意什么？

析构器需要设置为 delete[]。而uniqued_ptr的的默认析构器模板类std::default_delete，能自动设别new int和new int[]因为不用担心。

  template< class Y > explicit shared_ptr( Y* ptr );template< class Y, class Deleter >  shared_ptr( Y* ptr, Deleter d )

上面一个，默认的析构器是delete ptr。当 Y* ptr = new Y[x]，析构器也需要重置。

  #include <memory>#include <vector>#include <algorithm>int main() {//   {//        std::shared_ptr<int> shared_bad(new int[10]);//    } // 析构函数调用 delete ，未定义行为{std::shared_ptr<int> shared_good(new int[10], std::default_delete<int[]>());} // 析构函数调用 delete[] ， ok{std::unique_ptr<int> ptr(new int(5));} // unique_ptr<int> 使用 default_delete<int>{std::unique_ptr<int[]> ptr(new int[10]);} // unique_ptr<int[]> 使用 default_delete<int[]>}

std::shared_ptr 线程安全 ？

std::shared_ptr的引用计数本身是安全且无锁的，但对象的读写则不是。也就是说std::shared_ptr对象的创建析构是线程安全的，但是多线程读写std::shared_ptr对象不是线程安全的。std::shared_ptr 内存是由于两个组成部分： 指向管理对象的指针 和 引用计数器。在读/写时，是直接对两个变量操作，不可能是原子类型的。因为 std::shared_ptr 有两个数据成员，读写操作不能原子化.使得多线程读写同一个 std::shared_ptr 对象需要加锁.

std::weak_ptr的实现原理

std::weak_ptr 是为了解决 std::shared_ptr 循环引用而生，构造 std::weak_ptr 对象只能通过 std::shared_ptr 来构造，但是std::weak_ptr 对象的生命周期对相应的 std::shared_ptr的引用计数不产生影响，即不增加或者减少引用计数。

std::weak_ptr的引用计数部分也是有锁操作，因此 std::weak_ptr 对象生命周期的构造与销毁都是线程安全的。

	// 基类template<typename _Tp, _Lock_policy _Lp>class __weak_ptr{template<typename _Yp, typename _Res = void>using _Compatible = typename enable_if<__sp_compatible_with<_Yp*, _Tp*>::value, _Res>::type;// Constraint for assignment from shared_ptr and weak_ptr:template<typename _Yp>using _Assignable = _Compatible<_Yp, __weak_ptr&>;public:using element_type = typename remove_extent<_Tp>::type;constexpr __weak_ptr() noexcept: _M_ptr(nullptr), _M_refcount(){ }__weak_ptr(const __weak_ptr&) noexcept = default;~__weak_ptr() = default;// The "obvious" converting constructor implementation:////  template<typename _Tp1>//  __weak_ptr(const __weak_ptr<_Tp1, _Lp>& __r)//  : _M_ptr(__r._M_ptr), _M_refcount(__r._M_refcount) // never throws//  { }//// has a serious problem.////  __r._M_ptr may already have been invalidated. The _M_ptr(__r._M_ptr)//  conversion may require access to *__r._M_ptr (virtual inheritance).//// It is not possible to avoid spurious access violations since// in multithreaded programs __r._M_ptr may be invalidated at any point.template<typename _Yp, typename = _Compatible<_Yp>>__weak_ptr(const __weak_ptr<_Yp, _Lp>& __r) noexcept: _M_refcount(__r._M_refcount){ _M_ptr = __r.lock().get(); }template<typename _Yp, typename = _Compatible<_Yp>>__weak_ptr(const __shared_ptr<_Yp, _Lp>& __r) noexcept: _M_ptr(__r._M_ptr), _M_refcount(__r._M_refcount){ }__weak_ptr(__weak_ptr&& __r) noexcept: _M_ptr(__r._M_ptr), _M_refcount(std::move(__r._M_refcount)){ __r._M_ptr = nullptr; }template<typename _Yp, typename = _Compatible<_Yp>>__weak_ptr(__weak_ptr<_Yp, _Lp>&& __r) noexcept: _M_ptr(__r.lock().get()), _M_refcount(std::move(__r._M_refcount)){ __r._M_ptr = nullptr; }__weak_ptr&operator=(const __weak_ptr& __r) noexcept = default;template<typename _Yp>_Assignable<_Yp>operator=(const __weak_ptr<_Yp, _Lp>& __r) noexcept{_M_ptr = __r.lock().get();_M_refcount = __r._M_refcount;return *this;}template<typename _Yp>_Assignable<_Yp>operator=(const __shared_ptr<_Yp, _Lp>& __r) noexcept{_M_ptr      = __r._M_ptr;_M_refcount = __r._M_refcount;return *this;}__weak_ptr&operator=(__weak_ptr&& __r) noexcept{_M_ptr      = __r._M_ptr;_M_refcount = std::move(__r._M_refcount);__r._M_ptr  = nullptr;return *this;}template<typename _Yp>_Assignable<_Yp>operator=(__weak_ptr<_Yp, _Lp>&& __r) noexcept{_M_ptr      = __r.lock().get();_M_refcount = std::move(__r._M_refcount);__r._M_ptr  = nullptr;return *this;}__shared_ptr<_Tp, _Lp> lock() const noexcept{ return __shared_ptr<element_type, _Lp>(*this, std::nothrow); }long use_count() const noexcept{ return _M_refcount._M_get_use_count(); }bool expired() const noexcept{ return _M_refcount._M_get_use_count() == 0; }template<typename _Tp1>bool owner_before(const __shared_ptr<_Tp1, _Lp>& __rhs) const noexcept{ return _M_refcount._M_less(__rhs._M_refcount); }template<typename _Tp1>bool owner_before(const __weak_ptr<_Tp1, _Lp>& __rhs) const noexcept{ return _M_refcount._M_less(__rhs._M_refcount); }void reset() noexcept{ __weak_ptr().swap(*this); }void swap(__weak_ptr& __s) noexcept{std::swap(_M_ptr, __s._M_ptr);_M_refcount._M_swap(__s._M_refcount);}private:// Used by __enable_shared_from_this.void _M_assign(_Tp* __ptr, const __shared_count<_Lp>& __refcount) noexcept{if (use_count() == 0){_M_ptr = __ptr;_M_refcount = __refcount;}}template<typename _Tp1, _Lock_policy _Lp1> friend class __shared_ptr;template<typename _Tp1, _Lock_policy _Lp1> friend class __weak_ptr;friend class __enable_shared_from_this<_Tp, _Lp>;friend class enable_shared_from_this<_Tp>;element_type*	 	 _M_ptr;       	 // Contained pointer.__weak_count<_Lp>  _M_refcount;    // Reference counter.};/***  @brief  A smart pointer with weak semantics.**  With forwarding constructors and assignment operators.*/template<typename _Tp>class weak_ptr : public __weak_ptr<_Tp>{template<typename _Arg> using _Constructible = typename enable_if<is_constructible<__weak_ptr<_Tp>, _Arg>::value>::type;template<typename _Arg>using _Assignable = typename enable_if<is_assignable<__weak_ptr<_Tp>&, _Arg>::value, weak_ptr&>::type;public:constexpr weak_ptr() noexcept = default;template<typename _Yp,typename = _Constructible<const shared_ptr<_Yp>&>>weak_ptr(const shared_ptr<_Yp>& __r) noexcept: __weak_ptr<_Tp>(__r) { }weak_ptr(const weak_ptr&) noexcept = default;template<typename _Yp, typename = _Constructible<const weak_ptr<_Yp>&>>weak_ptr(const weak_ptr<_Yp>& __r) noexcept: __weak_ptr<_Tp>(__r) { }weak_ptr(weak_ptr&&) noexcept = default;template<typename _Yp, typename = _Constructible<weak_ptr<_Yp>>>weak_ptr(weak_ptr<_Yp>&& __r) noexcept: __weak_ptr<_Tp>(std::move(__r)) { }weak_ptr&operator=(const weak_ptr& __r) noexcept = default;template<typename _Yp>_Assignable<const weak_ptr<_Yp>&>operator=(const weak_ptr<_Yp>& __r) noexcept{this->__weak_ptr<_Tp>::operator=(__r);return *this;}template<typename _Yp>_Assignable<const shared_ptr<_Yp>&>operator=(const shared_ptr<_Yp>& __r) noexcept{this->__weak_ptr<_Tp>::operator=(__r);return *this;}weak_ptr&operator=(weak_ptr&& __r) noexcept = default;template<typename _Yp>_Assignable<weak_ptr<_Yp>>operator=(weak_ptr<_Yp>&& __r) noexcept{this->__weak_ptr<_Tp>::operator=(std::move(__r));return *this;}shared_ptr<_Tp> lock() const noexcept{ return shared_ptr<_Tp>(*this, std::nothrow); }};