独占智能指针

在 C++ 中没有垃圾回收机制，必须自己释放分配的内存，否则会造成内存泄露。解决这个问题最有效的方法是使用智能指针 smart pointer。智能指针是存储了指向动态分配（堆内存）对象指针的类，用于生存期的控制，能够确保在离开指针所在作用域时自动地销毁动态分配的对象，防止内存泄露。智能指针的实现技术是引用计数，每使用一次内部引用计数加 1，每析构一次内部的引用计数减 1，减为 0 时删除所指向的堆内存。

C++11 中提供了三种智能指针，使用这些智能指针需要引入头文件 <memory>：
std::shared_ptr：共享的智能指针
std::unique_ptr：独占的智能指针
std::weak_ptr：弱引用的智能指针，它不共享指针，不能操作资源，用来监视 shared_ptr。

unique_ptr 的初始化

std::unique_ptr 是一个独占型的智能指针，它不允许其他的智能指针共享其内部的指针，可以通过它的构造函数初始化一个独占智能指针对象，但是不允许通过赋值操作将一个 unique_ptr 赋值给另一个 unique_ptr。

// 通过构造函数初始化对象
unique_ptr<int> ptr1(new int(10));
// error，不允许将一个 unique_ptr 赋值给另一个 unique_ptr
unique_ptr<int> ptr2 = ptr1;

std::unique_ptr 不允许复制，但是可以通过函数返回给其他的 std::unique_ptr，还可以通过 std::move 来转移给其他的 std::unique_ptr，原始指针的所有权被转移，这个原始指针还是被独占的。

#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;

unique_ptr<int> func()
{
    return unique_ptr<int>(new int(520));
}

int main()
{
    // 通过构造函数初始化
    unique_ptr<int> ptr1(new int(10));
    // 通过转移所有权的方式初始化
    unique_ptr<int> ptr2 = move(ptr1);
    unique_ptr<int> ptr3 = func();

    return 0;
}

unique_ptr 独占智能指针类也有一个 reset 方法，函数原型如下：

void reset( pointer ptr = pointer() ) noexcept;

使用 reset 方法可以让 unique_ptr 解除对原始内存的管理，也可以用来初始化一个独占的智能指针。示例代码如下：

#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;

int main()
{
    unique_ptr<int> ptr1(new int(10));
    unique_ptr<int> ptr2 = move(ptr1);

    ptr1.reset();  // 解除对原始内存的管理
    ptr2.reset(new int(250));  // 重新指定智能指针管理的原始内存

    return 0;
}

如果想要获取独占智能指针管理的原始地址，可以调用 get() 方法，函数原型如下：

pointer get() const noexcept;

示例代码如下：

#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;

int main()
{
    unique_ptr<int> ptr1(new int(10));
    unique_ptr<int> ptr2 = move(ptr1);

    ptr2.reset(new int(250));
    cout << *ptr2.get() << endl;  // 得到内存地址中存储的实际数值 250

    return 0;
}

删除器

unique_ptr 指定删除器和 shared_ptr 指定删除器是有区别的。unique_ptr 指定删除器的时候需要确定删除器的类型，不能像 shared_ptr 那样直接指定删除器，示例代码如下：

#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;

shared_ptr<int> ptr1(new int(10), [](int*p) {
	delete p; 
});	// ok

// unique_ptr<int> ptr1(new int(10), [](int*p) {
// 	delete p; 
// });	// error

int main()
{
    using func_ptr = void(*)(int*);
    unique_ptr<int, func_ptr> ptr2(new int(10), [](int*p) {
		delete p; 
	});

    return 0;
}

示例代码中func_ptr 和 lambda 表达式的类型是一致的。在 lambda 表达式没有捕获任何变量的情况下是正确的，如果捕获了变量，编译时则会报错：

int main()
{
    using func_ptr = void(*)(int*);
    unique_ptr<int, func_ptr> ptr1(new int(10), [&](int*p) {
		delete p; 
	});	// error
    
    return 0;
}

在 lambda 表达式没有捕获任何外部变量时，可以直接转换为函数指针，一旦捕获了就无法转换了。如果想要让编译器成功通过编译，那么需要使用可调用对象包装器来处理声明的函数指针：

#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;

int main()
{
    using func_ptr = void(*)(int*);
    unique_ptr<int, function<void(int*)>> ptr1(new int(10), [&](int*p) {
		delete p;
	});
    
    return 0;
}

参考资料

https://subingwen.cn/cpp/unique_ptr