C++11智能指针之std::shared_ptr

        std::shared_ptr是在c++11中引入的一种智能指针，其特点是它所指向的资源具有共享性，即多个shared_ptr可以指向同一份资源。在c++中使用shared_ptr需要包含<memory>头文件。

一、定义并初始化一个共享指针的三种方式：

class Investment
{
public:
      virtual void getObjectType() { cout<<"Base Investment"<< endl; }
      virtual ~Investment() { cout<<"Investmentdestruction!"<< endl; }
};

1通过new运算符或者普通指针

shared_ptr<Investment> sp(newInvestment());

Investment * pInvestment = new Investment();

shared_ptr<Investment> sp (pInvestment);

2通过make_shared方法

auto sp1 = std::make_shared<Investment>();

3通过拷贝另一个智能指针

shared_ptr<Investment> sp2(sp);
//或者
shared_ptr<Investment> sp3 = sp2;

二、shared_ptr的结构

       相比于普通指针，共享指针要占用多一倍的内存空间，其内部包含两个指针，一个指针指向它所管理的资源，第二个指针指向一个称为“Control Block”的控制块，如图所示：

       通过上图所示的结构，我们可以知道在控制块中有一个引用计数字段（Reference Count），用来记录指向Object的共享指针数量，当我们声明并初始化一个共享指针时，Reference Count的值为1，当有另一个共享指针指向该Object时（比如通过赋值或拷贝构造函数，将一个共享指针赋值给另一共享指针），Reference count 的值递增1。

      第二个字段：Weak Count，也是一个引用计数，它用来计数指向该Object的std::weak_ptr指针的数量，关于std::weak_ptr我们将在下一章节讨论。

      引用计数的存在使得std::shared_ptr有一些比较特别的特性：

1. Std::shared_ptr的大小两倍于普通指针。

2. 控制块必须是动态分配的，这是由于被shared_ptr所管理的对象并不知道有“引用计数”的存在，所以在被管理对象中并没有空间来存储这个引用计数。

3. 引用计数的增减必须是原子性的，否则在多线程环境下，由于线程竞争的存在，会导致对Reference count的脏读、脏写。

三、资源释放

    shared_ptr默认情况下使用delete释放资源，但是用户也可以指定自己的资源释放函数，例如在下面这个例子中，pInvest用delete_Investment进行资源释放操作：

auto delete_Investment = [](Investment*pInv)
{
      pInv->getObjectType();
      delete pInv;
};

shared_ptr<Investment> pInvest(new Investment(),delete_Investment)

   资源释放器的地址存放于控制块（Control Block）中，因此增加用户自定义的资源释放器不会增加shared_ptr的大小，其大小仍然为两个指针的大小。

四、关于控制块（Control Block）的创建

   当代码第一次为一个对象创建shared_ptr指针指向这个对象的时候，控制块就会被创建，或者说它应该被创建。但是问题在于，一处代码在创建shared_ptr来指向一个对象时，这处代码并不知道它创建的这个shared_ptr所要指向的对象是否已经有别的shared_ptr指向了，即这个对象是否已经有一个控制块与之对应了。为了解决这个问题，控制块的创建遵循以下原则：

1. std::make_shared总是会创建一个控制块。这是因为当调用std::make_shared创建智能指针的时候，智能指针所要指向的这个对象是第一次被创建的。

2. 当通过一个普通指针作为参数构建一个智能指针的时候，会为这个指针所指向的对象创建一个控制块。

   在这种情况下，如果用户想要为一个已经有控制块的对象创建一个shared_ptr时，需要用shared_ptr或者weak_ptr作为共享指针构造函数的参数，而不能用普通指针作为参数。

   注意：使用普通指针作为参数构造一个shared_ptr有可能会导致多个控制块（control block）的创建。这种情形并不总是会很容易的被意识到，看下面的例子：

   假设投资类中有一个函数来处理投资，一个vector来追踪被处理过的投资，代码如下：

std::vector<shared_ptr<Investment>> m_ptrVec;

class Investment
{
public:
      void Handler(); // handle the investment 
};

void Investment::Handler()
{
      m_ptrVec.emplace_back(this);
}

   在投资处理函数Handler中，用this作为参数传给vector的emplace_back函数，但这样做其实蕴藏了风险，试想如果在代码中的其他地方有一个shared_ptr也指向了这个投资对象，这样就会有两个控制块被建立起来。那么，有没有一种办法，让我们可以使用this指针构造shared_ptr，但是又不会引起控制块的重复创建呢？

   幸运的是，在STL中有一个模板类正是为此而生，它就是std::enable_shared_from_this。代码要达到这个目的，必须继承std::enable_shared_from_this类，并将this指针用shared_from_this()接口代替，就像下面的代码一样：

class Investment :public std::enable_shared_from_this<Investment>
{
public:
      void Handler();
};

void Investment::Handler()
{
      m_ptrVec.emplace_back(shared_from_this());
}

shared_from_this()会查询当前对象的控制块，并创建一个新的shared_ptr关联到这个控制块。如果这个对象还没有与之对应的控制块，shared_from_this()会抛出异常。

五、最后一点：

C++17 以前，shared_ptr并不支持动态数组，没有std::shared_ptr<T[]>.所以shared_ptr只能管理单个对象，而不能管理对象数组。

C++17及以上，增加了shared_ptr 对动态数组的支持。比如，向下面这样：

std::shared_ptr<int[]> p(new int[10]);