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这篇文章主要介绍“C++智能指针之shared_ptr如何使用”的相关知识，小编通过实际案例向大家展示操作过程，操作方法简单快捷，实用性强，希望这篇“C++智能指针之shared_ptr如何使用”文章能帮助大家解决问题。
unique_ptr因为其局限性(独享所有权)，一般很少用于多线程操作。在多线程操作的时候，既可以共享资源，又可以自动释放资源，这就引入了shared_ptr。
shared_ptr为了支持跨线程访问，其内部有一个引用计数(线程安全)，用来记录当前使用该资源的shared_ptr个数，在结束使用的时候，引用计数为-1，当引用计数为0时，会自动释放其关联的资源。
特点 相对于unique_ptr的独享所有权，shared_ptr可以共享所有权。其内部有一个引用计数，用来记录共享该资源的shared_ptr个数，当共享数为0的时候，会自动释放其关联的资源。
对比unique_ptr，shared_ptr不支持数组，所以，如果用shared_ptr指向一个数组的话，需要自己手动实现deleter，如下所示：
std::shared_ptr<int> p(new int[8], [](int *ptr){delete []ptr;});template<class T> class shared_ptr {
public:
using element_type = remove_extent_t<T>;
using weak_type = weak_ptr<T>;
// 构造函数
constexpr shared_ptr() noexcept;
constexpr shared_ptr(nullptr_t) noexcept : shared_ptr() { }
template<class Y> explicit shared_ptr(Y* p);
template<class Y, class D> shared_ptr(Y* p, D d);
template<class Y, class D, class A> shared_ptr(Y* p, D d, A a);
template<class D> shared_ptr(nullptr_t p, D d);
template<class D, class A> shared_ptr(nullptr_t p, D d, A a);
template<class Y>
shared_ptr(const shared_ptr<Y>& r, element_type* p) noexcept;
template<class Y>
shared_ptr(shared_ptr<Y>&& r, element_type* p) noexcept;
shared_ptr(const shared_ptr& r) noexcept;
template<class Y> shared_ptr(const shared_ptr<Y>& r) noexcept;
shared_ptr(shared_ptr&& r) noexcept;
template<class Y> shared_ptr(shared_ptr<Y>&& r) noexcept;
template<class Y> explicit shared_ptr(const weak_ptr<Y>& r);
template<class Y, class D> shared_ptr(unique_ptr<Y, D>&& r);
// 析构函数
~shared_ptr();
// 赋值
shared_ptr& operator=(const shared_ptr& r) noexcept;
template<class Y>
shared_ptr& operator=(const shared_ptr<Y>& r) noexcept;
shared_ptr& operator=(shared_ptr&& r) noexcept;
template<class Y>
shared_ptr& operator=(shared_ptr<Y>&& r) noexcept;
template<class Y, class D>
shared_ptr& operator=(unique_ptr<Y, D>&& r);
// 修改函数
void swap(shared_ptr& r) noexcept;
void reset() noexcept;
template<class Y> void reset(Y* p);
template<class Y, class D> void reset(Y* p, D d);
template<class Y, class D, class A> void reset(Y* p, D d, A a);
// 探察函数
element_type* get() const noexcept;
T& operator*() const noexcept;
T* operator->() const noexcept;
element_type& operator[](ptrdiff_t i) const;
long use_count() const noexcept;
explicit operator bool() const noexcept;
template<class U>
bool owner_before(const shared_ptr<U>& b) const noexcept;
template<class U>
bool owner_before(const weak_ptr<U>& b) const noexcept;
};shared_ptr多个指针指向相同的对象。shared_ptr使用引用计数，每一个shared_ptr的拷贝都指向相同的内存。每使用他一次，内部的引用计数加1，每析构一次，内部的引用计数减1，减为0时，自动删除所指向的堆内存。shared_ptr内部的引用计数是线程安全的，但是对象的读取需要加锁。
初始化。智能指针是个模板类，可以指定类型，传入指针通过构造函数初始化。也可以使用make_shared函数初始化。不能将指针直接赋值给一个智能指针，一个是类，一个是指针。例如std::shared_ptr<int> p4 = new int(1);的写法是错误的，是不能隐式转换。
拷贝和赋值。拷贝使得对象的引用计数增加1，赋值使得原对象引用计数减1，当计数为0时，自动释放内存。后来指向的对象引用计数加1，指向后来的对象。
get函数获取原始指针。
注意不要用一个原始指针初始化多个shared_ptr，否则会造成二次释放同一内存
注意避免循环引用，shared_ptr的一个最大的陷阱是循环引用，循环，循环引用会导致堆内存无法正确释放，导致内存泄漏。循环引用我们在后面的weak_ptr中介绍。
所有智能指针类都有一个explicit构造函数，该构造函数将指针作为参数。因此不需要自动将指针转换为智能指针对象：
std::shared_ptr<int> pi; int* p_reg = new int; //pi = p_reg; // not allowed(implicit conversion) pi = std::shared_ptr<int>(p_reg); // allowed(explicit conversion) //std::shared_ptr<int> pshared = p_reg; // not allowed(implicit conversion) //std::shared_ptr<int> pshared(g_reg); // allowed(explicit conversion)
下面我们看一个简单的例子：
#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;
int main()
{
std::shared_ptr<int> sp = std::make_shared<int>(10);
cout << sp.use_count() << endl;//1
std::shared_ptr<int> sp1(sp);//再次被引用则计数+1
cout << sp1.use_count() << endl;//2
}从上面可以看到，多次被引用则会增加计数，我们可以通过使用use_count方法打印具体的计数。
#include <iostream>
#include <memory>
struct C {int* data;};
int main () {
auto deleter = [](int* ptr){
std::cout << "custom deleter called\n";
delete ptr;
};//Labmbda表达式
//默认构造，没有获取任何指针的所有权，引用计数为0
std::shared_ptr<int> sp1;
std::shared_ptr<int> sp2 (nullptr);//同1
//拥有指向int的指针所有权，引用计数为1
std::shared_ptr<int> sp3 (new int);
//同3，但是拥有自己的析构方法，如果指针所指向对象为复杂结构C
//结构C里有指针，默认析构函数不会将结构C里的指针data所指向的内存释放,
//这时需要自己使用自己的析构函数（删除器）
std::shared_ptr<int> sp4 (new int, deleter);
//同4,但拥有自己的分配器（构造函数），
//如成员中有指针，可以为指针分配内存，原理跟浅拷贝和深拷贝类似
std::shared_ptr<int> sp5 (new int, [](int* p){delete p;}, std::allocator<int>());
//如果p5引用计数不为0，则引用计数加1，否则同样为0, p6为0
std::shared_ptr<int> sp6 (sp5);
//p6的所有权全部移交给p7，p6引用计数变为为0
std::shared_ptr<int> sp7 (std::move(sp6));
//p8获取所有权，引用计数设置为1
std::shared_ptr<int> sp8 (std::unique_ptr<int>(new int));
std::shared_ptr<C> obj (new C);
//同6一样，只不过拥有自己的删除器与4一样
std::shared_ptr<int> sp9 (obj, obj->data);
std::cout << "use_count:\n";
std::cout << "p1: " << sp1.use_count() << '\n'; //0
std::cout << "p2: " << sp2.use_count() << '\n'; //0
std::cout << "p3: " << sp3.use_count() << '\n'; //1
std::cout << "p4: " << sp4.use_count() << '\n'; //1
std::cout << "p5: " << sp5.use_count() << '\n'; //2
std::cout << "p6: " << sp6.use_count() << '\n'; //0
std::cout << "p7: " << sp7.use_count() << '\n'; //2
std::cout << "p8: " << sp8.use_count() << '\n'; //1
std::cout << "p9: " << sp9.use_count() << '\n'; //2
return 0;
}给shared_ptr赋值有三种方式，如下
#include <iostream>
#include <memory>
int main () {
std::shared_ptr<int> foo;
std::shared_ptr<int> bar (new int(10));
//右边是左值，拷贝赋值，引用计数加1
foo = bar;
//右边是右值，所以是移动赋值
bar = std::make_shared<int> (20);
//unique_ptr 不共享它的指针。它无法复制到其他 unique_ptr，
//无法通过值传递到函数，也无法用于需要副本的任何标准模板库 (STL) 算法。只能移动unique_ptr
std::unique_ptr<int> unique (new int(30));
// move from unique_ptr，引用计数转移
foo = std::move(unique);
std::cout << "*foo: " << *foo << '\n';
std::cout << "*bar: " << *bar << '\n';
return 0;
}看下面make_shared的用法：
#include <iostream>
#include <memory>
int main () {
std::shared_ptr<int> foo = std::make_shared<int> (10);
// same as:
std::shared_ptr<int> foo2 (new int(10));
//创建内存，并返回共享指针，只创建一次内存
auto bar = std::make_shared<int> (20);
auto baz = std::make_shared<std::pair<int,int>> (30,40);
std::cout << "*foo: " << *foo << '\n';
std::cout << "*bar: " << *bar << '\n';
std::cout << "*baz: " << baz->first << ' ' << baz->second << '\n';
return 0;
}效率提升 std::make_shared（比起直接使用new）的一个特性是能提升效率。使用std::make_shared允许编译器产生更小，更快的代码，产生的代码使用更简洁的数据结构。考虑下面直接使用new的代码：
std::shared_ptr<Test> sp(new Test);
很明显这段代码需要分配内存，但是它实际上要分配两次。每个std::shared_ptr都指向一个控制块，控制块包含被指向对象的引用计数以及其他东西。这个控制块的内存是在std::shared_ptr的构造函数中分配的。因此直接使用new，需要一块内存分配给Widget，还要一块内存分配给控制块。如果使用std::make_shared来替换：
auto sp = std::make_shared<Test>();
一次分配就足够了。这是因为std::make_shared申请一个单独的内存块来同时存放Widget对象和控制块。这个优化减少了程序的静态大小，因为代码只包含一次内存分配的调用，并且这会加快代码的执行速度，因为内存只分配了一次。另外，使用std::make_shared消除了一些控制块需要记录的信息，这样潜在地减少了程序的总内存占用。
对std::make_shared的效率分析可以同样地应用在std::allocate_shared上，所以std::make_shared的性能优点也可以扩展到这个函数上。
异常安全
另外一个std::make_shared的好处是异常安全，我们看下面一句简单的代码：
callTest(std::shared_ptr<Test>(new Test), secondFun());
简单说，上面这个代码可能会发生内存泄漏，我们先来看下上面这个调用中几个语句的执行顺序，可能是顺序如下：
new Test() secondFun() std::shared_ptr<Test>()
如果真是按照上面这样的代码顺序执行，那么在运行期，如果secondFun()中产生了一个异常，程序就会直接返回了，则第一步new Test分配的内存就泄露了，因为它永远不会被存放到在第三步才开始管理它的std::shared_ptr中。但是如果使用std::make_shared则可以避免这样的问题。调用代码将看起来像这样：
callTest(std::make_shared<Test>(), secondFun());
在运行期，不管std::make_shared或secondFun哪一个先被调用。如果std::make_shared先被调用，则在secondFun调用前，指向动态分配出来的Test的原始指针能安全地被存放到std::shared_ptr中。如果secondFun之后产生一个异常，std::shared_ptr的析构函数将发现它持有的Test需要被销毁。并且如果secondFun先被调用并产生一个异常，std::make_shared就不会被调用，因此这里就不需要考虑动态分配的Test了。
我们上面一直说shared_ptr中的计数是线程安全的，其实shared_ptr中的计数是使用了我们前面文章介绍的std::atomic特性，引用计数加一减一操作是原子性的，所以线程安全的。引用计数器的使用等价于用 std::memory_order_relaxed 的 std::atomic::fetch_add 自增（自减要求更强的顺序，以安全销毁控制块）。
#include <iostream>
#include <memory>
#include <thread>
#include <chrono>
#include <mutex>
struct Test
{
Test() { std::cout << " Test::Test()\n"; }
~Test() { std::cout << " Test::~Test()\n"; }
};
//线程函数
void thr(std::shared_ptr<Test> p)
{
//线程暂停1s
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
//赋值操作, shared_ptr引用计数use_cont加1(c++11中是原子操作)
std::shared_ptr<Test> lp = p;
{
//static变量(单例模式),多线程同步用
static std::mutex io_mutex;
//std::lock_guard加锁
std::lock_guard<std::mutex> lk(io_mutex);
std::cout << "local pointer in a thread:\n"
<< " lp.get() = " << lp.get()
<< ", lp.use_count() = " << lp.use_count() << '\n';
}
}
int main()
{
//使用make_shared一次分配好需要内存
std::shared_ptr<Test> p = std::make_shared<Test>();
//std::shared_ptr<Test> p(new Test);
std::cout << "Created a shared Test\n"
<< " p.get() = " << p.get()
<< ", p.use_count() = " << p.use_count() << '\n';
//创建三个线程,t1,t2,t3
//形参作为拷贝, 引用计数也会加1
std::thread t1(thr, p), t2(thr, p), t3(thr, p);
std::cout << "Shared ownership between 3 threads and released\n"
<< "ownership from main:\n"
<< " p.get() = " << p.get()
<< ", p.use_count() = " << p.use_count() << '\n';
//等待结束
t1.join(); t2.join(); t3.join();
std::cout << "All threads completed, the last one deleted\n";
return 0;
}输出：
Test::Test()
Created a shared Test
p.get() = 0xa7cec0, p.use_count() = 1
Shared ownership between 3 threads and released
ownership from main:
p.get() = 0xa7cec0, p.use_count() = 4
local pointer in a thread:
lp.get() = 0xa7cec0, lp.use_count() = 5
local pointer in a thread:
lp.get() = 0xa7cec0, lp.use_count() = 4
local pointer in a thread:
lp.get() = 0xa7cec0, lp.use_count() = 3
All threads completed, the last one deleted
Test::~Test()
在某些场合下，会遇到一种情况，如何安全的获取对象的this指针，一般来说我们不建议直接返回this指针，可以想象下有这么一种情况，返回的this指针保存在外部一个局部或全局变量，当对象已经被析构了，但是外部变量并不知道指针指向的对象已经被析构了，如果此时外部继续使用了这个指针就会发生程序奔溃。既要像指针操作对象一样，又能安全的析构对象，很自然就想到，智能指针就很合适！我们来看下面这段程序：
#include <iostream>
#include <memory>
class Test{
public:
Test(){
std::cout << "Test::Test()" << std::endl;
}
~Test(){
std::cout << "Test::~Test()" << std::endl;
}
std::shared_ptr<Test> GetThis(){
return std::shared_ptr<Test>(this);
}
};
int main()
{
std::shared_ptr<Test> p(new Test());
std::shared_ptr<Test> p_this = p->GetThis();
std::cout << p.use_count() << std::endl;
std::cout << p_this.use_count() << std::endl;
return 0;
}编译运行后程序输出如下：
free(): double free detected in tcache 2
Test::Test()
1
1
Test::~Test()
Test::~Test()
从上面的输出可以看到，构造函数调用了一次，析构函数却调用了两次，很明显这是不正确的。而std::enable_shared_from_this正是为了解决这个问题而存在。
std::enable_shared_from_this 能让一个对象（假设其名为 t ，且已被一个 std::shared_ptr 对象 pt 管理）安全地生成其他额外的 std::shared_ptr 实例（假设名为 pt1, pt2, ... ） ，它们与 pt 共享对象 t 的所有权(这个是关键，直接使用this无法达到该效果)。
std::enable_shared_from_this是模板类，内部有个_Tp类型weak_ptr指针，std::enable_shared_from_this的构造函数都是protected，因此不能直接创建std::enable_from_shared_from_this类的实例变量，只能作为基类使用，通过调用shared_from_this成员函数，将会返回一个新的 std::shared_ptr<T> 对象，它与 pt 共享 t 的所有权。因此使用方法如下代码所示：
#include <iostream>
#include <memory>
// 这里必须要 public继承，除非用struct
class Test : public std::enable_shared_from_this<Test> {
public:
Test(){
std::cout << "Test::Test()" << std::endl;
}
~Test(){
std::cout << "Test::~Test()" << std::endl;
}
std::shared_ptr<Test> GetThis(){
std::cout << "shared_from_this()" << std::endl;
return shared_from_this();
}
};
int main()
{
std::shared_ptr<Test> p(new Test());
std::shared_ptr<Test> p_this = p->GetThis();
std::cout << p.use_count() << std::endl;
std::cout << p_this.use_count() << std::endl;
return 0;
}在类内部通过 enable_shared_from_this 定义的 shared_from_this() 函数构造一个 shared_ptr<Test>对象, 能和其他 shared_ptr 共享 Test 对象。一般我们使用在异步线程中，在异步调用中，存在一个保活机制，异步函数执行的时间点我们是无法确定的，然而异步函数可能会使用到异步调用之前就存在的变量。为了保证该变量在异步函数执期间一直有效，我们可以传递一个指向自身的share_ptr给异步函数，这样在异步函数执行期间share_ptr所管理的对象就不会析构，所使用的变量也会一直有效了（保活）。
不要把一个原生指针给多个shared_ptr管理；不要主动删除 shared_ptr 所管理的裸指针；
BigObj *p = new BigObj(); std::shared_ptr<BigObj> sp(p); std::shared_ptr<BigObj> sp1(p); delete p;
不要把this指针给shared_ptr，像上面一样使用enable_shared_from_this；
不要不加思考地把指针替换为shared_ptr来防止内存泄漏，shared_ptr并不是万能的，而且使用它们的话也是需要一定的开销的；
共享拥有权的对象一般比限定作用域的对象生存更久，从而将导致更高的平均资源使用时间；
在多线程环境中使用共享指针的代价非常大，这是因为你需要避免关于引用计数的数据竞争；
如果你使用智能指针管理的资源不是new分配的内存，记住传递给它一个删除器。
关于“C++智能指针之shared_ptr如何使用”的内容就介绍到这里了，感谢大家的阅读。如果想了解更多行业相关的知识，可以关注亿速云行业资讯频道，小编每天都会为大家更新不同的知识点。
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