【C++11】智能指针：std::shared_ptr

1. 计数指针 shared_ptr

shared_ptr 计数指针又称共享指针，是C++11引入的智能指针之一。与unique_ptr不同的是，shared_ptr允许多个指针共享同一块内存。每当一个shared_ptr 被赋值时，引用计数就会增加。当shraed_ptr被销毁时，引用计数会减小。当引用计数为0时，内存会被自动释放。

shared_ptr内部维护着一个引用计数器，可以通过 use_count() 获取当前引用计数。

代码示例：

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

int main(int argc, char *argv[]){

    std::shared_ptr<int> i_p_1 = make_shared<int>(10);
    cout<< "value: "<< *i_p_1 <<endl;
    cout<< "use count: "<<i_p_1.use_count() <<endl;

    // Copy
    std::shared_ptr<int> i_p_2 = i_p_1;
    cout<< "value: "<< *i_p_2<<endl;
    cout<< "i_p_1 use count: " << i_p_1.use_count() << endl;
    cout<< "i_p_2 use count: " << i_p_2.use_count() << endl;

    // 修改i_p_2的值
    *i_p_2 = 30;
    cout<< "i_p_1 value: " << *i_p_1 << endl;
    cout<< "i_p_2 value: " << *i_p_2 << endl;

    // i_p_1 设置为 nullptr
    std::shared_ptr<int> i_p_3 = i_p_1;
    // i_p_1 = nullptr;
    i_p_1.reset();
    cout<< "i_p_1 use count: " << i_p_1.use_count() << endl;
    cout<< "i_p_2 use count: " << i_p_2.use_count() << endl;
    cout<< "i_p_3 use count: " << i_p_3.use_count() << endl;

    return 0;
}

代码解析：

• i_p_1 被初始化为一个 shared_ptr，指向整数10
• i_p_2 是 i_p_1的副本，因此引用计数会增加
• 修改了 i_p_2 的值，i_p_1也会变，因为他们共享一块内存
• 当 i_p_1 被reset() 时，引用计数减少，最终，所有shared_ptr 被销毁时，内存会被自动释放。

2. shared_ptr 与函数

值传入
当 shared_ptr 作为函数参数传递时，默认是值传递（复制传递）。这会增加引用计数，确保指针在函数内部被正确管理。

#include <iostream>
#include <memory>
#include "cat.h"
using namespace std;

// 值传入
void cat_by_value(std::shared_ptr<Cat> cat){
    cout<< cat->get_name() <<endl;
    cat->set_cat_name("ee");
    cout<< "func use count :" << cat.use_count() << endl; // 2
}

// 引用传入
void cat_by_ref(std::shared_ptr<Cat> &cat){
    cout<< cat->get_name() <<endl;
    cat->set_cat_name("ff");
    cout<< "func use count :" << cat.use_count() << endl;
}

// 作为返回值
std::shared_ptr<Cat> get_shared_ptr(){
    std::shared_ptr<Cat> cat_p = std::make_shared<Cat>("local cat");
    return cat_p;
}

int main(int argc, char *argv[]){
    std::shared_ptr<Cat> c1 = make_shared<Cat>("dd");
    
    cat_by_value(c1);    // 值传递
    cat_by_ref(c1);         // 引用传递

    c1->cat_info();
    cout<< "c1 use_count : " << c1.use_count()<<endl; 
    
    // 返回值
    get_shared_ptr()->cat_info();

    return 0;
}

代码解析：

• 值传递：当 shared_ptr 作为参数传递时，引用计数增加。函数结束时，局部 shared_ptr 会被销毁，引用计数会减少。
• 引用传递：使用引用传递时，传递的是原始 shared_ptr，不会增加引用计数
• 返回值：当 shared_ptr 作为返回值返回时，shared_ptr 会被复制到调用者

3. shared_ptr 与 unique_ptr

• 不能将 shared_ptr 转化为 unique_ptr
• unique_ptr 可以转化为 shared_ptr
  • 通过 std::move

常见的设计：

• 将你的函数返回 unique_ptr 是一种常见的设计模式，这样可以提高代码的复用度，你可以随时改变为 shared_ptr

代码示例：

#include <iostream>
#include <memory>
#include "cat.h"
using namespace std;

std::unique_ptr<Cat> get_unique_ptr(){
    std::unique_ptr<Cat> cat_p = std::make_unique<Cat>("local cat");
    return cat_p;
}

int main(int argc, char *argv[]){
    std::unique_ptr<Cat> c_p_1 = std::make_unique<Cat>("dd");
    std::shared_ptr<Cat> c_p_2 = std::move(c_p_1);

    cout<< "c_p_2.use_count: " <<c_p_2.use_count()<<endl;

    std::shared_ptr<Cat> c_p_3 = get_unique_ptr(); 
    if(c_p_3){
        c_p_3->cat_info();
        cout<< "c_p_3.use_count: "<<c_p_3.use_count()<<endl;
    }

    return 0;
}

代码解析：

• std::move 转换：c_p_1 是一个 unique_ptr，通过 std::move 将其所有权转移给 c_p_2，并转换为 shared_ptr。
• unique_ptr 到 shared_ptr：返回的 unique_ptr 可以通过 std::move 转换为 shared_ptr，使得多个指针能够共享这块内存