最近在補看《C++ Primer Plus》第六版，這的確是本好書，其中關于智能指針的章節解析的非常清晰，一解我以前的多處困惑。C++面試過程中，很多面試官都喜歡問智能指針相關的問題，比如你知道哪些智能指針？shared_ptr的設計原理是什么？如果讓你自己設計一個智能指針，你如何完成？等等……。而且在看開源的C++項目時，也能隨處看到智能指針的影子。這說明智能指針不僅是面試官愛問的題材，更是非常有實用價值。

C++通過一對運算符 new 和 delete 進行動態內存管理，new在動態內存中為對象分配空間并返回一個指向該對象的指針，delete接受一個動態對象的指針，銷毀對象并釋放與之相關的內存。然而這樣的動態內存的使用很危險，因為無法確保始終能在合適的時間釋放內存對象。如果忘記釋放內存，可能造成內存泄露；如果在尚有指針引用內存的情況下釋放內存，會產生非法訪問內存的指針。

C++11中，新的標準庫提供了兩種智能指針（smart pointer）類型來更安全地管理對象。智能指針的使用和常規指針類似，只是它們多了自動釋放所指向的對象的功能。兩種指針的區別在于管理底層指針的方式：shared_ptr允許多個指針指向同一個對象，unique_ptr不支持。標準庫還提供了weak_ptr這一弱指針，指向shared_ptr所管理的對象。三種類型都定義在頭文件memory中。

shared_ptr的使用和vector很相似，在尖括號內說明所指向對象的類型：

解引用一個智能指針就能獲得它所指向的對象，在if語句中使用智能指針可以判斷它指向的對象是否為空：

最安全的分配和使用shared_ptr的方法是調用名為make_shared這一標準庫函數。此函數在動態內存中分配并初始化它，返回指向此對象的shared_ptr。該函數定義在memory中。

make_shared的定義和shared_ptr相似，必須制定要創建對象的類型，如：
 

1. // 指向一個值為1的int的shared_ptr 
2. shared_ptr<int> p3 = make_shared<int>)(1); 
3. // 指向一個值為“www”的string的shared_ptr 
4. shared_ptr<string> p4 = make_shared<string>(3, "w"); 
5. // 指向一個初始化的int，值為0 
6. shared_ptr<int> p5 = make_shared<int>)(); 

也可以使用auto定義對象保存make_shared，可以省去書寫shared_ptr的麻煩。

　　shared——ptr中有一個關聯的指示器，稱為引用計數?？梢钥醋鲆粋€計數器，每當shared_ptr對象進行拷貝操作，如用一個shared_ptr對象初始化另一個shared_ptr對象、作為函數的實參、作為函數返回值時，引用計數都會遞增（視為數值+1）。當賦予shared_ptr新值或者shared_ptr被銷毀時，引用計數遞減。當引用計數減為0，通過析構函數，shared_ptr自動銷毀所管理的對象，釋放內存。

　　需要注意的是，如果多個對象共享底層數據，當某一對象被銷毀，不能單方面銷毀底層數據，例如：
 

1. Blob<string> b1; 
2. { // 新作用域 
3.   Blob<string> b2 = { "x", "b", "b" }; 
4.   b1 = b2; 
5. }  // 當離開局部作用域，b2被銷毀，然而b2中的元素xbb并不會被銷毀 
6.    // b1指向最初由b2創建的元素，即“x”, "b", "b"，b1依舊可以它們 

　　weak_ptr是指向shared_ptr管理的對象的一種智能指針，然而它不控制所指向對象的生存期。將一個weak_ptr綁定在shared_ptr上，不會改變shared_ptr的引用計數，一旦最后一個shared_ptr的指向對象被摧銷毀，對象就會被釋放，有無weak_ptr并無卵影響。我的理解是，weak_ptr提供了指向shared_ptr底層數據的功能，控制了shared_ptr對底層數據的訪問。

　　因為weak_ptr指向的對象可能不存在（shared_ptr指向的最后一個對象被銷毀時），因而用它不能直接訪問對象，必須調用lock函數檢查其指向的對象是否存在。很容易寫出一個選擇語句進行控制：
 

1. auto bb = make_shared<string>(2, 'b'); 
2. weak_ptr<string> xbb(bb); 
3. if (shared_pr<int> np = xbb.lock()) { // np不為空條件成立 
4.   // 在if語句內，np和xbb共享對象   
5. } 

補充weak_ptr相關的函數，便于理解：

w.reset 將w置為空
w.use_count() 與w共享對象的個數
w.expired() 若w.use_count()為0，返回true，否則返回false
w.lock() 若w.expired()為true，返回一個空shared_ptr，否則返回一個指向w的對象的shared_ptr

加入《C++ Primer 5th》中的12.19題參照，題中和“智能指針和異常”并未在本篇隨筆中介紹
 

1. #include <iostream>　　　　 
2. #include <string> 
3. #include <vector> 
4. #include <memory> 
5. #include <initializer_list> 
6. using namespace std; 
7. using std::string; 
8. using std::vector; 
9. class StrBlobPtr; 
10. class StrBlob { 
11. public: 
12.   friend class StrBlobPtr;      // 友元 
13.   StrBlobPtr begin();         // 聲明StrBlob類中的begin()和end() 
14.   StrBlobPtr end();          // 返回一個指向它自身的StrBlobPtr 
15. public: 
16.   typedef vector<string>::size_type size_type;  // 類型別名，size_type = vector<string>::size_type 
17.  
18.   StrBlob::StrBlob(initializer_list<string> il) : data(make_shared<vector<string>>(il)) {};  // 接受一個initializer_list參數的構造函數將其參數傳　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　遞給對應的vector構造函數，通過拷貝列表 
19.   StrBlob::StrBlob() : data(make_shared<vector<string>>()) {};                 // 構造函數，初始化data成員，指向動態分配的vector          　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　中的值初始化vector元素 
20.   void push_back(const string &t) { data->push_back(t); } 
21.   string& StrBlob::front() { 
22.     check(0, "front on empty StrBlob"); 
23.     return data->front(); 
24.   } 
25.   string& StrBlob::back() { 
26.     check(0, "back on empty StrBlob"); 
27.     return data->back(); 
28.   } 
29.   void StrBlob::pop_back() {             // 刪除尾元素 
30.     check(0, "pop_back empty StrBlob"); 
31.     return data->pop_back(); 
32.   } 
33.   string& front() const { return data->front(); }; 
34.   string& back() const { return data->back(); }; 
35. private: 
36.   shared_ptr<vector<string>> data; 
37.   void StrBlob::check(size_type i, const string &msg) const {  // 檢查元素是否存在 
38.     if (i >= data->size())                  // 若不存在 
39.       throw out_of_range(msg);               // 拋出異常 
40.   } 
41. }; 
42. class StrBlobPtr { 
43. public: 
44.   StrBlobPtr() : curr(0) {}; 
45.   StrBlobPtr(StrBlob &a, size_t sz = 0) : wptr(a.data), curr(sz) {}; 
46.   string & deref() const { 
47.     auto p = check(curr, "dereference past end"); 
48.     return (*p)[curr];  // check成功，返回一個p指針，指向make_shared指向的vector 
49.   }            // 解引用，make_shared獲取vector，用下表運算符返回curr位置上的對象 
50.   StrBlobPtr& incr() { 
51.     check(curr, "increment past end of StrBlobPtr"); 
52.     ++curr; 
53.     return *this; 
54.   } 
55.   bool operator!=(const StrBlobPtr& p) { return p.curr != curr; } 
56.  
57. private: 
58.   weak_ptr<vector<string>> wptr; 
59.   size_t curr; 
60.   shared_ptr<vector<string>> check(size_t i, const string& msg) const 
61.   { 
62.     auto rent = wptr.lock(); 
63.     if (!rent) 
64.       throw runtime_error("unbound StrBlobPtr"); 
65.     if (i >= rent->size()) 
66.       throw out_of_range(msg); 
67.     return rent; 
68.   } 
69. }; 
70. StrBlobPtr StrBlob::begin() 
71. { 
72.   return StrBlobPtr(*this); 
73. } 
74. StrBlobPtr StrBlob::end() 
75. { 
76.   return StrBlobPtr(*this, data->size()); 
77. }