C++的优秀特性6：智能指针

（转载请注明原创于潘多拉盒子)

　　智能指针（Smart Pointer)是C++非常重要的特性。考虑如下一段使用简单指针（Plain Pointer）的代码：

A* a = new A();
B* b = new B();
......
if (condition1)
{
    // return之前必须delete所有new出来的对象
    delete a;
    delete b;
    return true;
}
......
if (condition2)
{
    // return之前必须delete所有new出来的对象
    delete a;
    delete b;
    return true;
}
.......
if (condition3)
{
    // throw 之前必须delete所有new出来的对象
    delete a;
    delete b;
    throw std::exception("bad condition3");
}

// 有异常必须catch，在rethrow之前delete所有new出来的对象
try
{
      ......
}
catch (...)   // 三个点“...”用于此处捕捉所有异常
{
    delete a;
    delete b;
    throw;    // rethrow
}

　　这种方式非常繁琐，也很容易犯错误（error－prone）。有没有一种方法，能管理new出来的对象，并且在return／throw／异常发生的时候自动释放这些对象呢？按照《C++的优秀特性3：构造函数和析构函数》的介绍，有一种借助构造函数和析构函数实现的模版类，可以实现这样的功能。这就是智能指针。比如标准库STL中实现了一种智能指针std::auto_ptr。有了这种智能指针，前面的程序就简单了：

std::auto_ptr<A> a(new A());
std::auto_ptr<B> b(new B());
......
a->foo();　　// 像普通指针一样使用
(*b).bar();　　// 像普通指针一样使用
if (condition1)
{
    // return之前无需delete所有new出来的对象
    return true;
}
......
if (condition2)
{
    // return之前无需delete所有new出来的对象
    return true;
}
.......
if (condition3)
{
    // throw 之前无需delete所有new出来的对象
    throw std::exception("bad condition3");
}

// 有异常不处理的时候也不用catch和rethrow了

　　一个智能指针指向一个对象叫做这个指针持有这个对象，也就是指针是这个对象的持有者。持有者负责在适当的时机释放持有的对象。常用的智能指针有3种：

1. 单持有者，e.g. std::auto_ptr。单持有者保证每个new出来的对象只有一个持有者，单这种持有关系可以转移，转移之后原持有者不再持有对象。
2. 局部持有者，e.g. boost::scoped_ptr。类似单持有者，单持有关系无法转移。这决定了这种持有关系不可能脱离当前的作用域（scope），因此得名。
3. 共享持有者，e.g. boost::shared_ptr。一个对象可以被一个或多个这样的共享持有者持有，持有关系可以转移，转移之后原持有者继续持有该对象，直到原持有者被析构。当一个对象的最后一个持有者析构时，持有的对象被析构。

在实际中，由于＃1（单持有者）的持有关系可以转移，常常是造成麻烦，而应用场景跟＃2（局部持有者）又很接近，因此Google C++规范中禁止使用auto_ptr，而建议使用scoped_ptr。共享持有者是很常用的，基本上适用于大多数的简单指针应用的情况。但是，由于shared_ptr是为共享持有关系设计的，因此为了和scoped_ptr区分，在scoped_ptr适用的场景中，不要适用shared_ptr。

　　实际中常见的一种错误是，智能指针持有了不该持有的对象。比如：

std::string name = "ZHANG San";
std::auto_ptr<std::string> nameHolder(&name);    // 持有了不是new出来的对象，会导致segmentation fault

这其实是一种混用持有关系的问题。这可以简单的归纳为以下几种情况：

1. 直接定义在栈上或data区的变量，不需要delete的。
2. new出来的对象（在堆上），但程序员自己delete的。
3. 不同类型的智能指针持有的对象。

这几种持有情况互相不能混用，否则会segmentation fault。