智能指针是C++11引入的新特性，用于方便内存管理

智能指针是一种自动管理动态分配（使用new操作符）的内存的机制，是对裸指针的封装，初衷是让程序员无需手动释放内存，来避免内存泄漏。它们在对象不再使用时自动释放内存，从而帮助防止内存泄漏。C++标准库提供了几种智能指针，其中最常见的是unique_ptr、shared_ptr和weak_ptr。

auto_ptr

auto_ptr是C++早期标准库中的智能指针，它曾经用于自动管理动态分配的内存。然而，auto_ptr存在一些缺点，导致它在C++11中被弃用，并在C++17中被移除。以下是auto_ptr的一些主要缺点：

1. 自动转移所有权：auto_ptr的一个核心特性是它在被复制时会自动转移所有权，这意味着复制一个auto_ptr会导致原始的auto_ptr变为空。这违反了大多数程序员对复制操作的预期，并且很容易导致错误。

2. 不安全的复制行为：由于auto_ptr在复制时转移所有权，这使得通过值传递auto_ptr参数给函数变得不安全，因为函数内部的复制操作会导致调用者手中的auto_ptr失效。

3. 缺乏移动语义：在C++11之前，C++没有引入移动语义的概念，auto_ptr也没有提供移动构造函数和移动赋值操作符。这意味着即使在C++11之前，auto_ptr也无法充分利用资源的移动，而不是复制。

4. 没有标准保证的异常安全性：auto_ptr的复制操作可能抛出异常（尽管标准库实现通常避免了这一点），但它没有提供强异常安全性保证，这意味着在复制过程中可能会发生异常，导致资源泄漏。

5. 不支持自定义删除器：auto_ptr只支持使用delete作为删除器，不支持自定义删除器。这限制了它的灵活性，特别是在需要使用特定删除逻辑的场景中。

6. 与其他智能指针的兼容性问题：auto_ptr与其他智能指针类型（如shared_ptr）之间没有良好的兼容性，这使得在混合使用不同类型智能指针的代码中管理资源变得复杂。

unique_ptr

unique_ptr代表一个拥有其管理对象的唯一所有权的智能指针。这意味着同一时间只能有一个unique_ptr指向一个给定的对象。当unique_ptr被销毁时，它会自动删除其拥有的对象。

实现原理：

• unique_ptr通常包含两个数据成员：一个指向管理对象的指针，和一个指向删除器的指针（默认是delete操作符）。
• 当unique_ptr被销毁时，如果它还拥有一个对象，那么它的析构函数会被调用，进而调用删除器来释放内存。
• unique_ptr不支持复制语义，但支持移动语义，这意味着你可以将所有权从一个unique_ptr转移到另一个，但不可以复制。

shared_ptr

shared_ptr允许多个智能指针实例共享对同一个对象的所有权。它使用引用计数来跟踪有多少个shared_ptr实例共享同一个对象。

实现原理：

• shared_ptr包含一个控制块，其中存储了指向管理对象的指针、一个引用计数器以及一个指向删除器的指针。
• 当一个shared_ptr被创建或复制时，引用计数会增加。
• 当一个shared_ptr被销毁或被重新赋值时，引用计数会减少。如果引用计数达到零，控制块会调用删除器来释放对象。
• shared_ptr支持复制和移动语义。

weak_ptr

weak_ptr是一种不控制对象生命周期的智能指针，它被设计用来解决shared_ptr可能引起的循环引用问题。

实现原理：

• weak_ptr包含一个指向shared_ptr控制块的指针，但不会增加引用计数。
• 当weak_ptr尝试访问其管理的对象时，它会检查对应的shared_ptr的引用计数是否为零。如果是，表示对象已经被销毁，访问将失败。
• weak_ptr通常用于打破shared_ptr之间的循环引用，或者在不需要拥有对象时观察对象。

智能指针的实现通常依赖于模板和操作符重载，以提供类似于普通指针的行为，同时自动管理内存。使用智能指针可以减少内存泄漏的风险，但它们也有性能开销，因此在使用时需要权衡。

在多线程环境下，智能指针的线程安全性主要取决于它们如何管理引用计数。对于shared_ptr和weak_ptr，引用计数的修改是原子操作，这意味着它们在多线程环境下是线程安全的。

shared_ptr

shared_ptr的引用计数是线程安全的，因为它使用原子操作来增加和减少计数。这意味着即使多个线程同时修改引用计数，每个线程的修改也会被正确地应用，不会出现竞态条件。

• 创建和复制：当shared_ptr被创建或复制时，引用计数的增加是原子操作，确保了多个线程可以安全地共享同一个对象。
• 销毁和重新赋值：当shared_ptr被销毁或重新赋值时，引用计数的减少也是原子操作。如果引用计数减少到零，对象会被安全地删除，即使有多个线程同时执行这一操作。

weak_ptr

weak_ptr本身不修改引用计数，它只是观察shared_ptr的引用计数。因此，weak_ptr的创建和销毁是线程安全的，因为它们不涉及修改引用计数。

• 访问对象：当weak_ptr尝试访问其管理的对象时，它会检查对应的shared_ptr的引用计数是否为零。这个检查是安全的，因为引用计数的读取是原子操作。

unique_ptr

unique_ptr通常不涉及多线程环境，因为它代表对对象的唯一所有权。然而，如果需要在多线程环境中安全地传递unique_ptr，可以使用std::move来转移所有权，这是线程安全的。

注意事项

虽然shared_ptr和weak_ptr在引用计数操作上是线程安全的，但是在多线程环境中使用智能指针时，仍然需要注意以下几点：

1. 避免循环引用：即使shared_ptr是线程安全的，循环引用也会导致引用计数永远不会达到零，从而造成内存泄漏。使用weak_ptr可以打破循环引用。
2. 避免数据竞争：虽然引用计数是线程安全的，但是智能指针指向的对象本身并不是线程安全的。如果多个线程需要访问同一个对象，需要确保适当的同步机制，如互斥锁。
3. 性能考虑：虽然原子操作通常很快，但在高竞争环境下，频繁的原子操作可能会成为性能瓶颈。在这种情况下，可能需要考虑其他同步机制或设计模式来减少竞争。

循环引用

在两个或多个对象相互引用，或者一些复杂的数据结构，如图、双向链表中，存在多个引用路径等情况下，可能会存在循环引用问题，导致资源无法被释放掉，这个时候就需要使用weak_ptr来打破循环引用。因为使用weak_ptr指向某一个资源时，它不会增加这个资源的引用计数。

#include <iostream>
#include <memory>
// MyClass就是我们需要调用的资源
class MyClass{
public:
	std:shared_ptr<MyClass> other;
	// 正确使用如下
	// std:weak_ptr<MyClass> other;
	MyClass(){
		std:cout << "MyClass constructor called" << std::endl;
	}
	~MyClass(){
		std::cout << "MyClass destructor called" << std:endl;
	}
};

int main(){
	// 指向了new出来的资源MyClass1，引用计数加1
	std::shared_ptr<MyClass> ptr1(new MyClass); 
	// 指向了new出来的资源MyClass2，引用计数加1
	std::shared_ptr<MyClass> ptr2(new MyClass);
	// 如果没有下列函数，当main函数结束时，ptr1和ptr2的析构函数就会被调用，从而释放资源
	// MyClass1里面的shared_ptr other指向了MyClass2的资源，因此资源MyClass2引用计数加1
	ptr1->other = ptr2;
	ptr2->other = ptr1;
	// 语句结束时，资源MyClass1和资源MyClass2的引用计数都为2
	return 0;
	// return 后两个资源的引用计数都变为1，无法释放