10-有关智能指针的注意事项

16.2.2　有关智能指针的注意事项

为何有三种智能指针呢？实际上有4种，但本书不讨论weak_ptr。为何摒弃auto_ptr呢？

先来看下面的赋值语句：

auto_ptr<string> ps (new string("I reigned lonely as a cloud."));
auto_ptr<string> vocation;
vocation = ps;

上述赋值语句将完成什么工作呢？如果ps和vocation是常规指针，则两个指针将指向同一个string对象。这是不能接受的，因为程序将试图删除同一个对象两次—— 一次是ps过期时，另一次是vocation过期时。要避免这种问题，方法有多种。

• 定义赋值运算符，使之执行深复制。这样两个指针将指向不同的对象，其中的一个对象是另一个对象的副本。
• 建立所有权（ownership）概念，对于特定的对象，只能有一个智能指针可拥有它，这样只有拥有对象的智能指针的构造函数会删除该对象。然后，让赋值操作转让所有权。这就是用于auto_ptr和unique_ptr的策略，但unique_ptr的策略更严格。
• 创建智能更高的指针，跟踪引用特定对象的智能指针数。这称为引用计数（reference counting）。例如，赋值时，计数将加1，而指针过期时，计数将减1。仅当最后一个指针过期时，才调用delete。这是shared_ptr采用的策略。

当然，同样的策略也适用于复制构造函数。

每种方法都有其用途。程序清单16.6是一个不适合使用auto_ptr的示例。

程序清单16.6　fowl.cpp

// fowl.cpp -- auto_ptr a poor choice
#include <iostream>
#include <string>
#include <memory>
int main()
{
    using namespace std;
    auto_ptr<string> films[5] =
    {
        auto_ptr<string> (new string("Fowl Balls")),
        auto_ptr<string> (new string("Duck Walks")),
        auto_ptr<string> (new string("Chicken Runs")),
        auto_ptr<string> (new string("Turkey Errors")),
        auto_ptr<string> (new string("Goose Eggs"))
    };
    auto_ptr<string> pwin;
    pwin = films[2]; // films[2] loses ownership
    cout << "The nominees for best avian baseball film are\n";
    for (int i = 0; i < 5; i++)
        cout << *films[i] << endl;
    cout << "The winner is " << *pwin << "!\n";
    cin.get();
    return 0;
}

下面是该程序的输出：

The nominees for best avian baseball film are
Fowl Balls
Duck Walks
Segmentation fault (core dumped)

消息core dumped表明，错误地使用auto_ptr可能导致问题（这种代码的行为是不确定的，其行为可能随系统而异）。这里的问题在于，下面的语句将所有权从films[2]转让给pwin：

pwin = films[2]; // films[2] loses ownership

这导致films[2]不再引用该字符串。在auto_ptr放弃对象的所有权后，便可能使用它来访问该对象。当程序打印films[2]指向的字符串时，却发现这是一个空指针，这显然讨厌的意外。

如果在程序清单16.6中使用shared_ptr代替auto_ptr（这要求编译器支持C++11新增的shared_ptr类），则程序将正常运行，其输出如下：

The nominees for best avian baseball film are
Fowl Balls
Duck Walks
Chicken Runs
Turkey Errors
Goose Eggs
The winner is Chicken Runs!

差别在于程序的如下部分：

shared_ptr<string> pwin;
pwin = films[2];

这次pwin和films[2]指向同一个对象，而引用计数从1增加到2。在程序末尾，后声明的pwin首先调用其析构函数，该析构函数将引用计数降低到1。然后，shared_ptr数组的成员被释放，对filmsp[2]调用析构函数时，将引用计数降低到0，并释放以前分配的空间。

因此使用shared_ptr时，程序清单16.6运行正常；而使用auto_ptr时，该程序在运行阶段崩溃。如果使用unique_ptr，结果将如何呢？与auto_ptr一样，unique_ptr也采用所有权模型。但使用unique_ptr时，程序不会等到运行阶段崩溃，而在编译器因下述代码行出现错误：

pwin = films[2];

显然，该进一步探索auto_ptr和unique_ptr之间的差别。