C++ share_ptr智慧指標使用詳解

share_ptr 智慧指標，也被稱為共用指標，用於管理可以由多個智慧指標共同擁有的動態分配物件。特別是，型別 shared_ptr<T> 用於管理 T 型別物件的所有權。

類建構函式 shared_ptr<T>(T * ptr) 可用於建立共用指標，管理由裸指標 ptr 給定地址的物件。shared_ptr 類可以過載指標運算子 * 和 ->。以下範例建立了一個由共用指標管理的動態分配整數，然後即可通過該指標存取它：

int main()
{
    shared_ptr<int> p(new int);
    *p = 45;
    cout << *p + 1;
    return 0;
}

該程式碼將列印值 46。

以下是另外一個範例。假設要管理以下類物件的共用所有權：

class Person
{
    string name;
    int age;
   
    public:
        string to_string()
        {
            return name + "" + to_string(age) + "n";
        }
        //建構函式
        Person () { name = " ";age = 0;}
        Person(const strings name, int age)
        {
            this->name = name;
            this->age = age;
        }
}

現在可以建立 2 個共用指標，每一個都可以管理不同的物件，就像下面這樣；

shared_ptr<Person> p1(new Person());
shared_ptr<Person> p2 (new Person ("Maria Wu", 23));

或者，也可以寫成以下形式：

shared_ptr<Person> p1 = shared_ptr<Person>(new Person ());
shared_ptr<Person> p2 = shared_ptr<Person>(new Person("Maria Wu", 23));

share_ptr組

假設已經設定了一個共用指標來管理由裸指標 rPtr 指向的物件：

T * rPtr = new T();
shared_ptr<T> sPtr1(rPtr);

此時，sPtr1 變成了一個擁有 rPtr 的共用指標組中的唯一成員。該組維護了一個參照計數，即屬於該組的共用指標數量。這個"組"被稱為控制塊，它本身實際上就是動態分配物件，可以保持跟蹤參照計數和指向被管理物件的裸指標。當參照計數降至 0 時，控制塊負責刪除被管理的物件。可以將共用指標視為指向控制塊的指標，而將控制塊視為指向被管理的物件。

現在，如果 sPtr1 被用於初始化其他的共用指標，如以下語句所示：

shared_ptr<T> sPtr2 = sPtr1;

則 sPtr2 將變成和 sPtr1 同組的成員，共用 rPtr 物件的所有權，並且該組的參照計數也會增加 1。如果在此之後，sPtr2 被賦給了其他共用指標的值：

sPtr2 = sPtr3;

則 sPtr2 將放棄 rPtr 的所有權，離開 sPtr1 的組，轉而加入 sPtr3 的組。第一個組（sPtr1 所在的組）的參照計數將減去 1，而第二個組（sPtr3 所在的組）的參照計數則增加 1。

雙重管理的危險

在使用 share_ptr 時，應該避免出現可能導致兩個指標組管理相同物件的情況。例如，來看以下程式碼：

T * rPtr = new T();
shared_ptr<T> sPtr1(rPtr);
shared_ptr<T> sPtr2(rPtr);

這兩個共用指標指向兩個不同的控制塊，但控制塊管理的卻是相同的物件。如果第一個組的參照計數降至 0 並刪除該物件，那麼這將導致其他組的指標變成懸掛指標。為了避免出現這種問題，給定的裸指標應該最多只能初始化一個共用指標。

make_shared<T>()函數

再來看一下 share_ptr 建立語句：

shared_ptr<Person> p1(new Person());

該語句的執行涉及兩個獨立的記憶體分配：一個分配控制塊，第二個則分配記憶體給被管理的 Person 物件。每個記憶體分配都會產生相當一部分開銷，所以，更高效的做法是，分配一個足夠大的記憶體塊，以同時儲存控制塊和被管理的物件。

下面這個庫函數就可以做到這一點：

make_shared<T>()

使用該函數即可將上述共用指標建立語句改寫為以下形式：

shared_ptr<Person> p1 = make_shared<Person>();

該版本的 make_Shared 語句可以使用預設建構函式初始化被管理的物件。

還有一個版本的 make_shared 語句可以採用傳遞給非建構函式的形參。因此，以下面的語句為例：

shared_ptr<Person> p2 (new Person ("Maria Wu", 23));

該語句可以被改寫為以下形式：

shared_ptr<Person> p2 = make_shared<Person>("Maria Wu", 23);

推薦使用 make_shared 函數方式建立共用指標。除了更高效之外，它還無須直接處理裸指標，因此也消除了雙重管理的可能性。

shared_ptr 成員函數

表 1 列出了處理 share_ptr 時最用的成員函數。

表 1 shared_ptr成員函數

成員函數	描 述
T* get()	返回指向被管理物件的裸指標，如果沒有被管理的物件，則返回空指標
void reset()	釋放任何可能存在的被管理物件的所有權。呼叫的共用指標被置為空
void reset(T* ptr)	釋放當前被管理的物件的所有權。獲取由 ptr 指向的物件的所有權
long use_count()	返回參照相同的被管理物件的共用指標數量

除此之外，還可以通過測試共用指標的值，檢查某個共用指標是否有被管理的物件， 範例如下：

shared_ptr<T> p =....;
if ( P )
{
    //被管理的物件
}
else
{
    //共用指標為空
}

指向陣列的share_ptr

預設情況下，shared_ptr 使用 delete 銷毀被管理的物件。與 unique_ptr 不同的是，不能編寫以下形式的語句：

shared_ptr<T[ ] > sPtr; // 錯誤

不能使用以上語句指定被管理的物件型別為陣列。有一種簡單方法可以繞過這種限制，那就是使用指向 T 型別向量的共用指標：

shared_ptr<vector<T>> sVecPtr;

當向量被銷毀時，其解構函式將執行並銷毀所有的向量元素。