一、智能指針的引入
我們知道，棧是系統開辟并且系統進行釋放的，而堆是程式員手動開辟，手動釋放的。那麼如果程式員忘記手動釋放就會造成記憶體洩露，或者由于程式邏輯運作出現異常，導緻代碼過早傳回，沒有執行到free或者delete。那麼如何避免這種錯誤呢，是以引入了智能指針（手動開辟，系統回收）
智能指針是怎麼防止記憶體洩露的，如下代碼：
void func()
{
shared_ptr<int> p1(new int(10));
*p1 = 20;
}
看這個 func 函數，在函數局部使用了 new 開辟了堆記憶體，此時 func 函數不管是正常運作結束，或者是代碼抛出異常，那麼在出作用域之前，智能指針對象 p1 會進行析構，在析構函數裡面它就會把管理的堆記憶體給釋放掉，有效的防止了記憶體洩露。
在C++98标準，隻有一個智能指針 auto_ptr
在C++11标準，智能指針有unique_ptr、shared_ptr 、weak_ptr 不用auto_ptr（有缺陷）借鑒boost庫引用的
二、智能指針的實作原理
智能指針是一個類，這個類的構造函數中傳入一個普通指針，析構函數中釋放傳入的指針。智能指針的類都是棧上的對象，是以當函數（或程式）結束時，類會自動調用析構函數，析構函數會自動釋放資源。是以智能指針的作用原理就是在函數結束時自動釋放記憶體空間，不需要手動釋放記憶體空間。
什麼是智能指針？ 智能的管理指針所指向的動态資源的釋放。它是一個類，有類似指針的功能。
三、四種智能指針
<1> auto_ptr --- 所有權唯一，但所有權可以轉移
模拟實作：
#include<iostream>
using namespace std;
//在實作的時候不知道管理什麼樣的記憶體塊，是以用模闆來實作
template<typename T>
class Auto_Ptr
{
public:
//構造函數
Auto_Ptr(T* ptr)
:mptr(ptr)
{}
//拷貝構造
Auto_Ptr(Auto_Ptr<T>& rhs)
{
mptr = rhs.Release();
}
//指派運算符重載
Auto_Ptr<T>& operator=(Auto_Ptr<T>& rhs)
{
if (this != &rhs)//自指派的判斷
{
delete mptr;
mptr = rhs.Release();//轉讓權限，取消了舊指針的所有權
}
return *this;
}
//析構函數
~Auto_Ptr()
{
delete mptr;//Auto_Ptr不能用來管理數組
mptr = NULL;
}
//解引用
T& operator*()
{
return *mptr;
}
//調用
T* operator->()
{
return mptr;//return (this->mptr);
}
private:
//這個函數隻是把智能指針指派為空，但是它原來指向的記憶體并沒有被釋放，相當于它隻是釋放了對資源的所有權
T* Release()//轉讓權限
{
T* tmp = mptr;
mptr = NULL;
return tmp;
}
T* mptr;
};
缺陷：
1.一個指針變量指向的空間不能由兩個auto_ptr管理，不然會析構兩次，使程式崩潰 --- 所有權唯一，不能共享記憶體塊
//錯誤
int *ap = new int;
auto_ptr<int> a1(ap);
auto_ptr<int> a2(ap);
2、指派或拷貝構造将原指針的所有權轉移給新指針，會使得原指針懸空，直接編譯不會出錯，但解引用是會出現很多問題
基于這個原因，應該避免把auto_ptr放到容器中，因為算法對容器操作時，很難避免STL内部對容器實作了指派傳遞操作（出錯了也不易發現），這樣會使容器中很多元素被置為NULL。
auto_ptr<int> ap1(new int);
auto_ptr<int> ap2(ap1);
//寫上面兩句不會報錯，但是如果對舊指針進行操作，運作出錯
*ap1 = 20;//出錯
ap2剝奪了ap1的所有權，當程式運作時通路ap1将會報錯。
3、auto_ptr不能用來管理數組，析構函數中用的是delete
<2> unique_ptr --- 所有權唯一且不能轉移
以将構造和拷貝構造放到私有下，來保證他的所有權唯一，所有權不能能轉移
它是（ C++11引入的，前身是scoped_ptr，scoped_ptr是boost庫裡的），也不支援拷貝構造和指派，但比auto_ptr好，直接指派會編譯出錯（與auto_ptr最大的不同就是類内私有的聲明了拷貝構造函數和指派運算符重載，是針對auto_ptr的缺點而出現的）
模拟實作：
#include<iostream>
using namespace std;
template<typename T>
class Unique_Ptr
{
public:
Unique_Ptr(T* ptr)
:mptr(ptr)
{}
~Unique_Ptr()
{
delete mptr;
mptr = NULL;
}
T& operator*()
{
return *mptr;
}
T* operator->()
{
return mptr;
}
private:
//将指派和拷貝構造寫到私有，禁止所有權轉移
Unique_Ptr(Unique_Ptr<T>& _Right);
Unique_Ptr<T>& operator=(Unique_Ptr<T>& _Right);
T* mptr;
};
因為構造和拷貝構造放到私有下，是以再進行拷貝構造，編譯就會出錯，保證了他是以有權唯一
智能指針一、智能指針的引入二、智能指針的實作原理三、四種智能指針
缺陷：
1、所有權唯一，不能資料共享
設計層面保證所有權唯一了 ，但是外部控制也可以讓他指向同一塊記憶體--->程式崩潰
//錯誤
int* p = new int;
unique_ptr<int> up1(p);
unique_ptr<int> up2(p);
<3> shared_ptr --- 所有權不唯一，基于引用計數
資源可以被多個指針共享，它使用計數機制來表明資源被幾個指針共享。當我們調用release()時，目前指針會釋放資源所有權，計數減一。當計數等于0時，資源會被釋放。
圖來自：如何回答C++面試中關于智能指針的問題？
shared_ptr是強引用指針 ，會有智能指針互相引用的問題。比如上圖的雙向連結清單
解決這種狀況的辦法就是将兩個類中的一個成員變量改為
weak_ptr
對象，因為
weak_ptr
不會增加引用計數，使得引用形不成環，最後就可以正常的釋放内部的對象，不會造成記憶體洩漏
<4> weak_ptr --- 和shared_ptr搭配使用
引用計數有一個問題就是互相引用形成環，這樣兩個指針指向的記憶體都無法釋放。需要手動打破循環引用或使用weak_ptr。weak_ptr是一個弱引用，它是為了配合shared_ptr而引入的一種智能指針，它指向一個由shared_ptr管理的對象而不影響所指對象的生命周期，也就是說，它隻引用，不計數。如果一塊記憶體被shared_ptr和weak_ptr同時引用，當所有shared_ptr析構了之後，不管還有沒有weak_ptr引用該記憶體，記憶體也會被釋放。是以weak_ptr不保證它指向的記憶體一定是有效的，在使用之前需要檢查weak_ptr是否為空指針。
weak_ptr并沒有重載operator->和operator *操作符，是以不可直接通過weak_ptr使用對象，典型的用法是調用其lock函數來獲得shared_ptr示例，進而通路原始對象。
weak_ptr也維護了一個引用計數，跟shared_ptr維護的引用計數或互不幹擾，或互相協同。weak_ptr的指針會在weak_ptr維護的引用計數上加一，而shared_ptr會在shared_ptr維護的引用計數上加一，這樣在循環引用時，就會因為對不同引用的判斷的不同，使最終決定是否釋放空間的結果也不相同。
有一個規定，就是建立對象的時候，持有它的強智能指針，當其他地方想使用這個對象的時候，應該持有該對象的弱智能指針，
Q：如何判斷weak_ptr的對象是否失效？
A：1、expired()：檢查被引用的對象是否已删除。
2、lock()會傳回shared指針，判斷該指針是否為空。
3、use_count()也可以得到shared引用的個數，但速度較慢。
（1）weak_ptr雖然是一個模闆類，但是不能用來直接定義指向原始指針的對象。
（2）weak_ptr接受shared_ptr類型的變量指派，但是反過來是行不通的，需要使用lock函數。
（3）weak_ptr設計之初就是為了服務于shared_ptr的，是以不增加引用計數就是它的核心功能。
（4）由于不知道什麼之後weak_ptr所指向的對象就會被析構掉，是以使用之前請先使用expired函數檢測一下。
參考部落格：C++智能指針——探究六個常見的智能指針的使用及原理
智能指針 auto_ptr、scoped_ptr、shared_ptr、weak_ptr