5. shared_ptr和weak_ptr

5.1 shared_ptr循环引用问题

• shared_ptr大多数情况下管理资源⾮常合适，⽀持RAII，也⽀持拷贝。但是在循环引⽤的场景下会导致资源没得到释放内存泄漏，所以我们要认识循环引用的场景和资源没释放的原因，并且学会使用weak_ptr解决这种问题。
• 如下图所述场景，n1和n2析构后，管理两个节点的引用计数减到1

1. 右边的节点什么时候释放呢，左边节点中的_next管着呢，_next析构后，右边的节点就释放了。
2. _next什么时候析构呢，_next是左边节点的的成员，左边节点释放，_next就析构了。
3. 左边节点什么时候释放呢，左边节点由右边节点中的_prev管着呢，_prev析构后，左边的节点就释放了。
4. _prev什么时候析构呢，_prev是右边节点的成员，右边节点释放，_prev就析构了。

• ⾄此逻辑上成功形成回旋镖似的循环引⽤，谁都不会释放就形成了循环引⽤，导致内存泄漏
• 把ListNode结构体中的_next和_prev改成weak_ptr，weak_ptr绑定到shared_ptr时不会增加它的引⽤计数，_next和_prev不参与资源释放管理逻辑，就成功打破了循环引⽤，解决了这⾥的问题

struct ListNode
{
    int _data;
    std::shared_ptr<ListNode> _next;
    std::shared_ptr<ListNode> _prev;

    // 这⾥改成weak_ptr，当n1->_next = n2;绑定shared_ptr时
    // 不增加n2的引⽤计数，不参与资源释放的管理，就不会形成循环引⽤了
    /*std::weak_ptr<ListNode> _next;
    std::weak_ptr<ListNode> _prev;*/
    ~ListNode()
    {
        cout << "~ListNode()" << endl;
    }
};

int main()
{
    // 循环引⽤ -- 内存泄露
    std::shared_ptr<ListNode> n1(new ListNode);
    std::shared_ptr<ListNode> n2(new ListNode);
    cout << n1.use_count() << endl;
    cout << n2.use_count() << endl;
    n1->_next = n2;
    n2->_prev = n1;
    cout << n1.use_count() << endl;
    cout << n2.use_count() << endl;

    // weak_ptr不⽀持管理资源，不⽀持RAII
    // weak_ptr是专⻔绑定shared_ptr，不增加他的引⽤计数，作为⼀些场景的辅助管理
    //std::weak_ptr<ListNode> wp(new ListNode);
    return 0;
}

 5.2 weak_ptr

• weak_ptr不⽀持RAII，也不⽀持访问资源，所以我们看⽂档发现weak_ptr构造时不⽀持绑定到资源，只⽀持绑定到shared_ptr，绑定到shared_ptr时，不增加shared_ptr的引⽤计数，那么就可以解决上述的循环引⽤问题。
• weak_ptr也没有重载operator*和operator->等，因为他不参与资源管理，那么如果他绑定的shared_ptr已经释放了资源，那么他去访问资源就是很危险的。weak_ptr⽀持expired检查指向的资源是否过期，use_count也可获取shared_ptr的引⽤计数，weak_ptr想访问资源时，可以调⽤lock返回⼀个管理资源的shared_ptr，如果资源已经被释放，返回的shared_ptr是⼀个空对象，如果资源没有释放，则通过返回的shared_ptr访问资源是安全的

int main()
{
    std::shared_ptr<string> sp1(new string("111111"));
    std::shared_ptr<string> sp2(sp1);
    std::weak_ptr<string> wp = sp1;
    cout << wp.expired() << endl;
    cout << wp.use_count() << endl;

    // sp1和sp2都指向了其他资源，则weak_ptr就过期了
    sp1 = make_shared<string>("222222");
    cout << wp.expired() << endl;
    cout << wp.use_count() << endl;
    sp2 = make_shared<string>("333333");
    cout << wp.expired() << endl;
    cout << wp.use_count() << endl;
    wp = sp1;

    //std::shared_ptr<string> sp3 = wp.lock();
    auto sp3 = wp.lock();
    cout << wp.expired() << endl;
    cout << wp.use_count() << endl;
    *sp3 += "###";
    cout << *sp1 << endl;
    return 0;
}

 6. shared_ptr的线程安全问题

• shared_ptr的引⽤计数对象在堆上，如果多个shared_ptr对象在多个线程中，进⾏shared_ptr的拷贝析构时会访问修改引⽤计数，就会存在线程安全问题，所以shared_ptr引⽤计数是需要加锁或者原⼦操作保证线程安全的。
• shared_ptr指向的对象也是有线程安全的问题的，但是这个对象的线程安全问题不归shared_ptr管，它也管不了，应该有外层使⽤shared_ptr的⼈进⾏线程安全的控制。
• 下⾯的程序会崩溃或者A资源没释放，bit::shared_ptr引⽤计数从int*改成atomic<int>*就可以保证引⽤计数的线程安全问题，或者使⽤互斥锁加锁也可以。

struct AA
{
    int _a1 = 0;
    int _a2 = 0;
    ~AA()
    {
        cout << "~AA()" << endl;
    }
};

int main()
{
    bit::shared_ptr<AA> p(new AA);
    const size_t n = 100000;
    mutex mtx;
    auto func = [&]()
    {
        for (size_t i = 0; i < n; ++i)
        {
            // 这⾥智能指针拷⻉会++计数
            bit::shared_ptr<AA> copy(p);
            {
                unique_lock<mutex> lk(mtx);
                copy->_a1++;
                copy->_a2++;
            }
        }
    };
    thread t1(func);
    thread t2(func);
    t1.join();
    t2.join();
    cout << p->_a1 << endl;
    cout << p->_a2 << endl;
    cout << p.use_count() << endl;
    return 0;
}

7. C++11和boost中智能指针的关系

• Boost库是为C++语⾔标准库提供扩展的⼀些C++程序库的总称，Boost社区建⽴的初衷之⼀就是为C++的标准化⼯作提供可供参考的实现，Boost社区的发起⼈Dawes本⼈就是C++标准委员会的成员之⼀。在Boost库的开发中，Boost社区也在这个⽅向上取得了丰硕的成果，C++11及之后的新语法和库有很多都是从Boost中来的。
• C++ 98 中产⽣了第⼀个智能指针auto_ptr。
• C++ boost给出了更实⽤的scoped_ptr/scoped_array和shared_ptr/shared_array和weak_ptr等.
• C++ TR1，引⼊了shared_ptr等，不过注意的是TR1并不是标准版。
• C++ 11，引⼊了unique_ptr和shared_ptr和weak_ptr。需要注意的是unique_ptr对应boost的scoped_ptr。并且这些智能指针的实现原理是参考boost中的实现的。

8. 内存泄漏

8.1 什么是内存泄漏，内存泄漏的危害

• windows下使⽤第三⽅⼯具：

8.3 如何避免内存泄漏 

• 工程前期良好的设计规范，养成良好的编码规范，申请的内存空间记着匹配的去释放。ps：这个理想状态。但是如果碰上异常时，就算注意释放了，还是可能会出问题。需要下⼀条智能指针来管理才有保证。
• 尽量使⽤智能指针来管理资源，如果自己场景比较特殊，采⽤RAII思想自己造个轮⼦管理。
• 定期使⽤内存泄漏工具检测，尤其是每次项目快上线前，不过有些工具不够靠谱，或者是收费。
• 总结⼀下：内存泄漏非常常见，解决⽅案分为两种：1、事前预防型。如智能指针等。2、事后查错型。如泄漏检测工具。

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