C++智能指针 unique_ptr、shared_ptr和weak_ptr区别

  C++智能指针是一种RAII（资源获取即初始化）的技术，用于管理动态分配的内存，并避免内存泄漏。
  C++智能指针包括三种类型：unique_ptr、shared_ptr和weak_ptr。它们之间的区别在于所有权的管理方式和内存的释放时间。
  unique_ptr是一种独占型指针，即同一时刻只能有一个unique_ptr指向一个对象。unique_ptr适用于需要管理单个对象的情况，当unique_ptr被销毁时，它所占用的内存也会随之被释放。unique_ptr在传递参数或返回值时可以使用std::move()函数实现转移所有权的操作。
  shared_ptr是一种共享型指针，可以被多个shared_ptr指向同一个对象。每个shared_ptr都会维护一个引用计数器，表示当前指向对象的shared_ptr数量。当最后一个shared_ptr被销毁时，它所占用的内存才会被释放。shared_ptr适用于多个对象共享同一资源的情况，在使用shared_ptr时需要注意循环引用问题。
  weak_ptr是一种弱引用型指针，它不能直接访问对象，而是通过lock()函数将其转化为shared_ptr来访问对象。weak_ptr适用于需要解决循环引用问题的场景。

下面是常见的使用场景示例：

1. unique_ptr：用于管理单个对象的内存资源，适用于以下情况：

• 在函数内部需要动态分配对象，并在函数结束时自动释放；
• 存储指向某个对象的指针，但不需要共享所有权；
• 需要转移对象所有权，如从一个函数传递到另一个函数。

2. shared_ptr：用于多个对象共享同一资源的情况，适用于以下情况：

• 对象生命周期较长，需要被多个对象共享持有；
• 需要对对象进行引用计数，以便确定何时可以安全地释放内存；
• 存在循环引用问题，并需要自动解决该问题。

3. weak_ptr：用于避免shared_ptr之间产生循环引用的情况，适用于以下情况：

• 两个或多个对象相互引用，而且这些对象可能会被其他对象拥有；
• 涉及到缓存机制，其中某些数据需要立即释放，而其他数据则需要更长时间的保留。

  需要注意的是，智能指针并不是适用于所有情况的最佳解决方案。例如，在涉及到线程和并发性的情况下，需要谨慎使用共享指针，以避免竞态条件和死锁等问题。
  当两个对象相互引用时，很容易出现循环引用问题。比如，我们可以考虑两个类A和B，它们相互引用。

class B;

class A {
public:
   std::shared_ptr<B> b;

   A() { std::cout << "A constructed" << std::endl; }
   ~A() { std::cout << "A destructed" << std::endl; }
};

class B {
public:
   std::shared_ptr<A> a;

   B() { std::cout << "B constructed" << std::endl; }
   ~B() { std::cout << "B destructed" << std::endl; }
};

  在这里，类A包含一个指向类B的shared_ptr，而类B包含一个指向类A的shared_ptr。这种情况下，如果使用shared_ptr来管理内存，就会出现循环引用问题，导致内存泄漏。
  解决这个问题的方法是，将其中一个指针使用weak_ptr代替。修改后的代码如下：

class B;

class A {
public:
   std::shared_ptr<B> b;

   A() { std::cout << "A constructed" << std::endl; }
   ~A() { std::cout << "A destructed" << std::endl; }
};

class B {
public:
   std::weak_ptr<A> a;

   B() { std::cout << "B constructed" << std::endl; }
   ~B() { std::cout << "B destructed" << std::endl; }
};

  在这里，类B中的指针a被修改为weak_ptr，这样就避免了循环引用问题。因为weak_ptr不会增加计数器，所以即使A的生命周期结束，也不会导致B无法释放内存。