shared_ptr 的使用及注意事项

1. 声明
#include <boost/shared_ptr.hpp>

class UsersBitmap {

...

}

typedef boost::shared_ptr<UsersBitmap> UsersBitmapPtr;

2. 使用

UsersBitmapPtr login_users_;
UsersBitmapPtr temp_login_users(new UsersBitmap());    //指向对象

login_users_.reset(new UsersBitmap());     //指针指向新的地方

login_users_.reset();  //指针置空

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虽然boost.shared_ptr是个非常好的东西，使用它可以使得c++程序不需要考虑内存释放的问题，但是还是有很多必须注意的地方。下面罗列了一些本人在实际工作中经常碰到的使用shared_ptr出问题的几种情况。 

1． shared_ptr多次引用同一数据，如下：
{
int* pInt = new int[100];
boost::shared_ptr<int> sp1(pInt);
// 一些其它代码之后…
boost::shared_ptr<int> sp2(pInt);
}

这种情况在实际中是很容易发生的，结果也是非常致命的，它会导致两次释放同一块内存，而破坏堆。 

2．使用shared_ptr包装this指针带来的问题，如下：

class tester 
{
public:
  tester()
  ~tester()
  {
    std::cout << "析构函数被调用! "; 
  }
public:
  boost::shared_ptr<tester> sget()
  {
    return boost::shared_ptr<tester>(this);
  }
};

int main()
{
  tester t;
  boost::shared_ptr<tester> sp =  t.sget(); // …
  return 0;
}

也将导致两次释放t对象破坏堆栈，一次是出栈时析构，一次就是shared_ptr析构。若有这种需要，可以使用下面代码。

class tester : public boost::enable_shared_from_this<tester>
{
public:
  tester()
  ~tester()
  {
  std::cout << "析构函数被调用! "; 
  }
public:
  boost::shared_ptr<tester> sget()
  {
  return shared_from_this();
  }
};

int main()
{
  boost::shared_ptr<tester> sp(new tester);
  // 正确使用sp 指针。
  sp->sget();
  return 0;
}

3． shared_ptr循环引用导致内存泄露，代码如下：

class parent;
class child; 

typedef boost::shared_ptr<parent> parent_ptr;
typedef boost::shared_ptr<child> child_ptr; 

class parent
{
public:
       ~parent() { 
              std::cout <<"父类析构函数被调用. "; 
       }
public:
       child_ptr children;
};

class child
{
public:
       ~child() { 
              std::cout <<"子类析构函数被调用. "; 
       }
public:
       parent_ptr parent;
};

int main()
{
  parent_ptr father(new parent());
  child_ptr son(new child);
  // 父子互相引用。
  father->children = son;
  son->parent = father;
  return 0;
}

如上代码，将在程序退出前，father的引用计数为2，son的计数也为2，退出时，shared_ptr所作操作就是简单的将计数减1，如果为0则释放，显然，这个情况下，引用计数不为0，于是造成father和son所指向的内存得不到释放，导致内存泄露。 

4． 在多线程程序中使用shared_ptr应注意的问题。代码如下：

class tester 
{
public:
  tester() {}
  ~tester() {}
  // 更多的函数定义…
};

void fun(boost::shared_ptr<tester> sp)
{
  // !!!在这大量使用sp指针.
  boost::shared_ptr<tester> tmp = sp;
}

int main()
{
  boost::shared_ptr<tester> sp1(new tester);
  // 开启两个线程，并将智能指针传入使用。
  boost::thread t1(boost::bind(&fun, sp1));
  boost::thread t2(boost::bind(&fun, sp1));
  t1.join();
  t2.join();
  return 0;
}

这个代码带来的问题很显然，由于多线程同是访问智能指针，并将其赋值到其它同类智能指针时，很可能发生两个线程同时在操作引用计数（但并不一定绝对发生），而导致计数失败或无效等情况，从而导致程序崩溃，如若不知根源，就无法查找这个bug，那就只能向上帝祈祷程序能正常运行。

可能一般情况下并不会写出上面这样的代码，但是下面这种代码与上面的代码同样，如下：

class tester 
{
public:
  tester() {}
  ~tester() {}
public:
  boost::shared_ptr<int> m_spData; // 可能其它类型。
};

tester gObject;

void fun(void)
{
  // !!!在这大量使用sp指针.
  boost::shared_ptr<int> tmp = gObject.m_spData;
}

int main()
{
  // 多线程。
  boost::thread t1(&fun);
  boost::thread t2(&fun);
  t1.join();
  t2.join();
  return 0;
}

情况是一样的。要解决这类问题的办法也很简单，使用boost.weak_ptr就可以很方便解决这个问题。第一种情况修改代码如下：

class tester 
{
public:
  tester() {}
  ~tester() {}
  // 更多的函数定义…
};

void fun(boost::weak_ptr<tester> wp)
{
  boost::shared_ptr<tester> sp = wp.lock;
  if (sp)
  {
    // 在这里可以安全的使用sp指针.
  }
  else
  {
    std::cout << “指针已被释放!” << std::endl;
  }
} 

int main()
{
  boost::shared_ptr<tester> sp1(new tester);
  boost.weak_ptr<tester> wp(sp1);
  // 开启两个线程，并将智能指针传入使用。
  boost::thread t1(boost::bind(&fun, wp));
  boost::thread t2(boost::bind(&fun, wp));
  t1.join();
  t2.join();
  return 0;
}

boost.weak_ptr指针功能一点都不weak，weak_ptr是一种可构造、可赋值以不增加引用计数来管理shared_ptr的指针，它可以方便的转回到shared_ptr指针，使用weak_ptr.lock函数就可以得到一个shared_ptr的指针，如果该指针已经被其它地方释放，它则返回一个空的shared_ptr，也可以使用weak_ptr.expired()来判断一个指针是否被释放。

boost.weak_ptr不仅可以解决多线程访问带来的安全问题，而且还可以解决上面第三个问题循环引用。Children类代码修改如下，即可打破循环引用：

class child
{
public:
  ~child() { 
   std::cout <<"子类析构函数被调用. "; 
  }
public:
  boost::weak_ptr<parent> parent;
};

因为boost::weak_ptr不增加引用计数，所以可以在退出函数域时，正确的析构。