注：來自陳榕濤 投稿
從 RAII 說起
教科書裡關於“動態建立記憶體”經常會提醒你，new一定要搭配delete來使用，並且delete掉一個指標之後，最好馬上將其賦值為NULL（避免使用懸垂指標）。
這麼麻煩，於是乎，這個世界變成11派人：
一派人勤勤懇懇按照教科書的說法做，時刻小心翼翼，苦逼連連；
一派人忘記教科書的教導，隨便亂來，搞得程式碼處處bug，後期維護罵聲連連；
最後一派人想了更輕鬆的辦法來管理動態申請的記憶體，然後悠閒唱著小曲喝著茶～
（注：應該沒人看不懂11是怎麼來的……就是十進位制的3的二進位制形式）
正式介紹開始，RAII全稱為Resource Acquisition Is Initialization，引用維基百科的解釋：
RAII要求，資源的有效期與持有資源的物件的生命期嚴格繫結，即由物件的建構函式完成資源的分配(獲取)，同時由解構函式完成資源的釋放。在這種要求下，只要物件能正確地析構，就不會出現資源洩露問題。
更詳細的闡釋可以參考《Effective C++》（第三版，條款13：以物件管理資源）。
眾所周知，分配在棧上的物件在退出作用域時會自動銷燬，所以需要關注的是動態申請記憶體的做法。用原始指標，正如一開始所說的，很麻煩，最後一派的人就根據RAII思想的指引，創造了智慧指標！
隨著編譯器對智慧指標的支援，對於C++程式猿來說應該是一件很值得高興的事，引用一句話：
智慧指標的出現，給不支援垃圾回收機制的C++帶來了一絲曙光。
宣告
本文為了突出對比表現各種智慧智慧的優劣，所以虛構了一個“發展之路”，原創者的想法不一定真的如我所說～
auto_ptr
先看一個例項感受一下auto_ptr相較於原始指標的方便之處：
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#include <iostream> #include <string> #include <memory> using namespace std; int main() { auto_ptr<string> ps1(new string("Hello, auto_ptr!")); cout << "The content is: " << *ps1 << endl; return 0; } |
是不是實現了上面所說的“自動管理動態記憶體”的目標呢？
不需要手動釋放，自動析構！！！
想要了解更多操作的，可以看一下下圖所示的auto_ptr的介面說明：
但是，在C++11標準中，auto_ptr已經被棄用了（雖然為了向前相容，還原封不動保留著，但是有了更好的工具，為何不用呢？）。
問題來了，為什麼它這麼好，還會被拋棄呢？
wiki說了，auto_ptr是“複製語義”，這個名詞不懂無所謂，舉個例子就知道了：
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#include <iostream> #include <string> #include <memory> using namespace std; int main() { auto_ptr<string> ps1(new string("Hello, auto_ptr!")); auto_ptr<string> ps2; ps2 = ps1; //【E1】下面這行註釋掉才可正確執行，原因見下文分析 //cout << "ps1: " << *ps1 << endl; cout << "ps2: " << *ps2 << endl; return 0; } |
簡單理解的話，可以認為是，auto_ptr是支援複製的（不信回頭去看上面的auto_ptr介面說明裡的constructor項），一旦允許複製，就很容易發現一個問題——若兩個auto_ptr物件都包含了同一個指標（即指向同個物件，同一塊記憶體），那麼當它們都析構的時候，同一個物件就會被析構兩次！！！執行出錯了吧？
解決方法是很簡單了，auto_ptr的做法是：當發生複製/賦值時，把被複制/賦值的物件內部的指標值賦值為NULL，這樣始終只有一個auto_ptr物件指向同一個物件，所以保證了不會多次析構！
由此，關於上述程式碼【E1】處的原因解析是：
執行到這裡會出錯，因為ps1內部的指標值經過賦值運算後，已經變為NULL，解引用就會導致執行錯誤！
這是auto_ptr一個很重大的缺陷，因為使用auto_ptr的程式設計師需要時刻警惕這樣的用法。
於是乎，不滿於繁瑣的人們又創造了unique_ptr等一系列新一代的智慧指標！
unique_ptr
可以簡單認為，unique_ptr是為了解決上述auto_ptr的問題而誕生的（但事實上是不是呢，就得問當初的設計者了）。
它是怎麼解決的呢？
很簡單粗暴的，它禁止了賦值操作和複製構造。
那麼問題來了，如果我想把控制權從一個unique_ptr物件轉移給另一個unique_ptr物件，該怎麼辦呢？
答案是：用移動構造！
這是C++11的一個概念，可以參考這篇IBM的部落格。意思大概是，把某個物件的內容直接給另一個物件使用（，而自己失效了）。
給個例子：
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#include <iostream> #include <string> #include <memory> using namespace std; int main() { unique_ptr<string> ps1(new string("Hello, unique_ptr!")); cout << "ps1 is: " << *ps1 << ", ptr value is: " << ps1.get() << endl; // unique_ptr<string> ps2(ps1);// 編譯將會出錯！因為禁止複製 // unique_ptr<string> ps2 = ps1;// 編譯將會出錯！因為禁止賦值 unique_ptr<string> ps2 = move(ps1); cout << "ps1 is: " << ps1.get() << endl; cout << "ps2 is: " << *ps2 << ", ptr value is: " << ps2.get() << endl; return 0; } |
輸出結果為：
ps1 is: Hello, unique_ptr!, ptr value is: 0x1d8dc20
ps1 is: 0
ps2 is: Hello, unique_ptr!, ptr value is: 0x1d8dc20
值得注意的是，在不同機器上，指標的輸出值不一定一樣，但是第二行一定是一樣的，因為ps1經過move之後失效了，其內部的指標值被賦值為NULL！
unique_ptr就是用它這種強硬的方式來消除auto_ptr帶來的（程式設計師需時刻注意不能解引用已經被複制/賦值過的物件的）問題。
shared_ptr
是不是有了unique_ptr就萬事大吉了呢？
（我會這樣問，）答案（肯定）是否定的。
比如，如果程式需要在多個不同的地方（比如多執行緒）用到同一份內容，而unique_ptr只允許最多隻有一個地方持有對原始物件的指標，這就麻煩了……
於是創造力旺盛的程式設計師們又發明了shared_ptr，一個滿足你上述需求的智慧指標，它的思想很簡潔：
引用計數！每次有一個shared_ptr關聯到某個物件上時，計數值就加上1；相反，每次有一個shared_ptr析構時，相應的計數值就減去1。當計數值減為0的時候，就執行物件的解構函式，此時該物件才真正被析構！
由此，shared_ptr很明顯是支援複製構造和賦值操作的，因為它有了計數機制之後，就不需要unique_ptr那樣嚴格地控制複製、賦值來維護析構操作的時機。
用法示例如下：
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#include <iostream> #include <string> #include <memory> using namespace std; int main() { shared_ptr<string> ps1(new string("Hello, shared_ptr!")); shared_ptr<string> ps3(ps1); // 允許複製 shared_ptr<string> ps2 = ps1; // 允許賦值 cout << "Count is: " << ps1.use_count() << ", " << ps2.use_count() << ", " << ps3.use_count() << endl; cout << "ps1 is: " << *ps1 << ", ptr value is: " << ps1.get() << endl; cout << "ps2 is: " << *ps2 << ", ptr value is: " << ps2.get() << endl; cout << "ps3 is: " << *ps3 << ", ptr value is: " << ps3.get() << endl; shared_ptr<string> ps4 = move(ps1); // 注意ps1在move之後，就“失效”了，什麼都是“0” cout << "Count is: " << ps1.use_count() << ", " << ps2.use_count() << ", " << ps3.use_count() << ", " << ps4.use_count() << endl; cout << "ps1 is: " << ps1.get() << endl; cout << "ps4 is: " << *ps4 << ", ptr value is: " << ps4.get() << endl; return 0; } |
輸出結果為：
Count is: 3, 3, 3
ps1 is: Hello, shared_ptr!, ptr value is: 0x1210c20
ps2 is: Hello, shared_ptr!, ptr value is: 0x1210c20
ps3 is: Hello, shared_ptr!, ptr value is: 0x1210c20
Count is: 0, 3, 3, 3
ps1 is: 0
ps4 is: Hello, shared_ptr!, ptr value is: 0x1210c20
注意它們輸出的指標值都是一樣的，也表明它們引用的是同個物件。
weak_ptr
哎，問題到shared_ptr不都完全解決了嗎？怎麼又蹦出一個weak_ptr來？這個又是幹什麼的？
咳咳，這是因為人們在使用shared_ptr的過程中，發現了一個問題——迴圈引用，具體的例子和說明可以參考我的另一篇部落格shared_ptr迴圈引用的例子及解決方法示例。
因為內容比較多，就獨立成為一篇新的部落格了，其中有實際的例子以及很多解釋，這裡就不贅述了。
最後再引用一段話來分辨強引用（比如shared_ptr）和弱引用（比如weak_ptr）（來自部落格Boost智慧指標——weak_ptr）：
一個強引用當被引用的物件活著的話，這個引用也存在（就是說，當至少有一個強引用，那麼這個物件就不能被釋放）。boost::share_ptr就是強引用。
相對而言，弱引用當引用的物件活著的時候不一定存在。僅僅是當它存在的時候的一個引用。弱引用並不修改該物件的引用計數，這意味這弱引用它並不對物件的記憶體進行管理，在功能上類似於普通指標，然而一個比較大的區別是，弱引用能檢測到所管理的物件是否已經被釋放，從而避免訪問非法記憶體。
最後的注意事項
1. 何時需要用智慧指標？
如果是在棧上建立的物件，一旦出了作用域，自動會析構，殺雞不需要牛刀。
正如一開始所說的應用場景，管理動態建立的記憶體時才需要智慧指標登場！
所以不要亂搞，寫出下面的錯誤程式碼來：
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#include <iostream> #include <string> #include <memory> using namespace std; int main() { // 注意這是一個分配在棧上的物件，而不是在堆上的 string hello("Hello, auto_ptr!"); auto_ptr<string> ps1(&hello); cout << "ps1: " << *ps1 << endl; // 讓程式析構auto_ptr物件之前暫停一下，以分辨程式崩潰是誰的鍋 string str; cin >> str; return 0; } |
2. 示例程式
注意，本文為了程式碼簡單，所以直接用了string類來演示。
不過，為了更好地觀察物件析構的時機，建議讀者使用自定義的且過載了解構函式的類，在解構函式裡輸出一些提示資訊以便觀察。
智慧指標的介面不多，有興趣的讀者可以自行找更多的例項來學習。
3. 效能
本文只是簡單介紹怎麼使用智慧指標，以及它們是怎麼起作用的。效能方面也是很值得考慮的一個問題，不過等日後再分析清楚再來寫部落格了。
4. 多執行緒安全
本文沒有分析，但是這是值得考慮的一個問題，推薦看陳碩的《Linux 多執行緒服務端程式設計：使用 muduo C++ 網路庫》。