引领Boost（四）（Boost::smart_ptr）

一 Boost::smart_Ptr
   
    我们学习C++都知道智能指针，例如STL中的std::auto_ptr，但是为什么要使用智能指针，使用它能带给我们什么好处呢？

最简单的使用智能指针可以不会因为忘记delete指针而造成内存泄露。还有如果我们开发或者使用第三方的lib中的某些函数需要返回指针，这样的返回的指针被client使用的时候，lib就会失去对返回的指针的控制，这样delete的指针的任务一般就会交给调用方client，但是如果client忘记调用delete或是调用的时机不正确，都有可能导致问题，在这种情况下就最好使用智能指针。还有使用智能指针可以保证异常安全，保证程序在有异常抛出时仍然无内存泄露。
   
    std::auto_ptr很多的时候并不能满足我们的要求，比如她不能用在STL的container中。boost的smart_ptr中提供了4种智能指针和2种智能指针数组来作为std::auto_ptr的补充。   
      

    shared_ptr<boost/shared_ptr.hpp>：使用shared_ptr进行对象的生存期自动管理，使得分享资源所有权变得有效且安全. 

    scoped_ptr<boost/scoped_ptr.hpp>： 用于确保能够正确地删除动态分配的对象。scoped_ptr 有着与std::auto_ptr类似的特性，而最大的区别在于它不能转让所有权而auto_ptr可以。事实上，scoped_ptr永远不能被复制或被赋值！scoped_ptr 拥有它所指向的资源的所有权，并永远不会放弃这个所有权。 

    weak_ptr<boost/weak_ptr.hpp>：weak_ptr 是 shared_ptr 的观察员。它不会干扰shared_ptr所共享的所有权。当一个被weak_ptr所观察的 shared_ptr 要释放它的资源时，它会把相关的 weak_ptr的指针设为空。使用此辅助指针一般是防止悬空指针。

    intrusive_ptr<boost/intrusive_ptr.hpp>：shared_ptr的插入是版本，一般不使用，因为需要对使用此指针的类型中增加ref计数功能。但是可以保证不增加指针的大小。

    scoped_array<boost/scoped_array.hpp>： scoped_array 为数组做了scoped_ptr为单个对象的指针所做的事情：它负责释放内存。
    shared_array<boost/shared_array.hpp>： shared_array 用于共享数组所有权的智能指针。一般指向std::vector的shared_ptr提供了比shared_array更多的灵活性，所以一般使用std::vector<shared_ptr>。

二 源码剖析

    通过上面的分析，下面主要介绍我们最常用也最有用的shared_ptr智能指针。（智能指针的实现，其实最重要的是就是重载->和*运算符）

下面是shared_ptr的头文件：

template<class Ty> class shared_ptr {
public:
  typedef Ty element_type;

  shared_ptr();
  template<class Other>
    explicit shared_ptr(Other *ptr);
  template<class Other, class D>
    shared_ptr(Other *ptr, D dtor);
  shared_ptr(const shared_ptr& sp);
  template<class Other>
    shared_ptr(const shared_ptr<Other>& sp);
  template <class Other>
    shared_ptr(const weak_ptr<Other>& wp);
  template<class Other>
    shared_ptr(const std::auto_ptr<Other>& ap);
  ~shared_ptr();

  shared_ptr& operator=(const shared_ptr& sp);
  template<class Other>
    shared_ptr& operator=(const shared_ptr<Other>& sp);
  template<class Other>
    shared_ptr& operator=(auto_ptr<Other>& ap);

  void swap(shared_ptr& s);
  void reset();
  template<class Other>
    void reset(Other *ptr);
  template<class Other, class D>
    void reset(Other *ptr, D dtor);

  Ty *get() const;
  Ty& operator*() const;
  Ty *operator->() const;
  long use_count() const;
  bool unique() const;
  operator boolean-type() const;
  };

 1）构造函数，可以通过一般指针，std::auto_ptr,boost::shared_ptr,boost::weak_ptr来构造，还可以构造的时候指定如果delete指针。
 2）拷贝构造函数
 3）get()， 得到boost::shared_ptr所封装的指针。
 4）*，得到boost::shared_ptr所封装指针的值。
 5)->,用于直接调用指针的成员。
 6）reset(), 用于重设boost::shared_ptr,或设为空。
 7) swap(),  用于交换2个boost::shared_ptr.
 8) use_count(), use_count 函数返回指针的引用计数。
 9) unique(),这个函数在shared_ptr是它所保存指针的唯一拥有者时返回 true ；否则返回 false。 unique 不会抛出异常。

三 实例

 1）构造，拷贝构造，赋值，get，*，->, reset, swap:

#include "boost/shared_ptr.hpp"
#include <cassert>
#include <iostream>

class A 
{  
    boost::shared_ptr<int> no_;
public: 
    A(boost::shared_ptr<int> no) : no_(no) {} 
    void value(int i) { *no_=i;  }
};
class B 
{  
    boost::shared_ptr<int> no_;
public:  
    B(boost::shared_ptr<int> no) : no_(no) {}  
    int value() const {  return *no_;  }
};
struct deleter
{
    void operator()(int *i)
    {
        std::cout << "destroying resource at"
            << (void*)i << '\n';
        delete i;
    }
};
struct S
{
    int member;
};

int main() 
{  
    // test for constructor
    boost::shared_ptr<int> sp;   
    boost::shared_ptr<int> sp2((int*)0);
    {
    boost::shared_ptr<int> sp3(new int(3), deleter());
    }

    std::auto_ptr<int> temp(new int(10));
    boost::shared_ptr<int> sp4(temp);

    boost::shared_ptr<int> temp2(new int(14));  
    boost::shared_ptr<int> sp5(temp2);


    // test for using the shared_ptr(get,->,*)
    int *ip = new int(3);                   
    std::cout << (void*)ip << '\n';             
    boost::shared_ptr<int> sp6(ip);                
    std::cout << (void*)sp6.get () << '\n';       

    int *ip2 = new int(3);               
    std::cout << (void*)ip2 << '\n';         
    boost::shared_ptr<int> sp7(ip2);           
    std::cout << *sp7 << '\n';              
    std::cout << (void*)&*sp7 << '\n';        

    S *s = new S;                           
    s->member = 4;                           
    boost::shared_ptr<S> sp8(s);                    
    std::cout << sp8 -> member << '\n';  

    // test for assign 
    std::cout << std::boolalpha;
    boost::shared_ptr<int> sp9(new int(0));  
    boost::shared_ptr<int> sp10 = sp9;
    std::cout << "sp0 == sp1:" << (sp9 == sp10) << '\n';  
    std::cout << "sp0 != sp2:" << (sp9 != sp10) << '\n';

    // test funcion: reset and swap
    boost::shared_ptr<int> sp11 (new int(0));
    boost::shared_ptr<int> sp12 (new int(1));
    sp11. swap (sp12);
    std::cout<<*sp11<<*sp12<<std::endl;
    boost::swap(sp11, sp12);
    std::cout<<*sp11<<*sp12<<std::endl;

    boost::shared_ptr<int> sp0; 
    sp0.reset(); 
    boost::shared_ptr<int> sp01(new int(1));
    std::cout << *sp01 <<std::endl;
    sp01.reset();
    //std::cout << *sp01 <<std::endl; //error
    sp01.reset(new int(100));
    std::cout << *sp01 <<std::endl;
    


    // test for query shared_ptr's state (use_count,unique)
    typedef boost::shared_ptr<int> spi;
    spi sp13 ;                       
    std::cout << "empty object: " << sp13.use_count() << '\n';
    spi sp14 ((int *)0);               
    std::cout << "null pointer: " << sp14.use_count() << '\n';
    spi sp15 (new int);               
    std::cout << "one object: " << sp15.use_count() << '\n';
    {
        spi sp16(sp15);                    
        std::cout << "two objects: " << sp15.use_count() << '\n';
        std::cout << "two objects: " << sp16.use_count() << '\n';
    }
    std::cout << "one object: " << sp15.use_count() << '\n';
    
    std::cout << std::boolalpha;
    spi sp17;                       
    std::cout << "empty object: " << sp17.unique() << '\n';
    spi sp18((int *)0);              
    std::cout << "null pointer: " << sp18.unique() << '\n';
    spi sp19(new int);              
    std::cout << "one object: " << sp19.unique() << '\n';
    { 
        spi sp20(sp19);                     
        std::cout << "two objects: " << sp19.unique() << '\n';
        std::cout << "two objects: " << sp20.unique() << '\n';
    } 
    std::cout << "one object: " << sp19.unique() << '\n';

}

 2) 在STL容器中的使用: 

#include "boost/shared_ptr.hpp"
#include <vector>
#include <iostream>
class A 
{
public:  
    virtual void sing()
    {
        std::cout <<"A::sing" <<std::endl;
    }
protected:  
    virtual ~A() 
    {std::cout<<"~A"<<std::endl;};
};
class B : public A 
{
public:  
    virtual void sing() 
    {   
        std::cout << "B:sing"<<std::endl; 
    }
    virtual ~B()
    {std::cout<<"~B"<<std::endl;}
};
boost::shared_ptr<A> createA()
{ 
    boost::shared_ptr<A> p(new B()); 
    return p;
}
int main() 
{  
    typedef std::vector<boost::shared_ptr<A> > container_type; 
    typedef container_type::iterator iterator; 
    container_type container;
    for (int i=0;i<10;++i) 
    {   
        container.push_back(createA()); 
    }  
    std::cout << "The choir is gathered: \n"; 
    iterator end=container.end(); 
    for (iterator it=container.begin();it!=end;++it)
    {    (*it)->sing(); }
}

四 注意

五 参考

1）Beyond the C++ Standard Library: An Introduction to Boost
2）boost在线document