From b878b74b7c858a632e53a02e7e920e9ddedcb52a Mon Sep 17 00:00:00 2001
From: Awin Huang <awinhuang@gmail.com>
Date: Mon, 6 Jun 2022 11:47:32 +0800
Subject: [PATCH] =?UTF-8?q?Add=20"[C++17=20=E7=AD=86=E8=A8=98]=20=E6=99=BA?=
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+title: "[C++17 筆記] 智慧指標：unique_ptr & shared_ptr"
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+    - awin
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+    - c++17
+    - memory
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+    - Programming
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+    - C++17 筆記
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+
+[`unique_ptr`](https://en.cppreference.com/w/cpp/memory/unique_ptr)與[`shared_ptr`](https://en.cppreference.com/w/cpp/memory/shared_ptr)都是智慧指標，箱對於原本的raw pointer，智慧指標使用起來更方便，也不用擔心delete的問題。
+
+<!--more-->
+
+## unique_ptr
+`unique_ptr` 的特點是，它保證在一個時間內，只會有一個指標的擁有者，也就是這個指標不能被複製跟移動，當 `unique_ptr` 離開它的scope時候，它所擁有的指標也隨之被delete。這讓你不用擔心memory leak的問題。
+假設我們有一個class叫 `BigBuffer` ，原本分配記憶體的方法：
+```cpp
+BigBuffer* bigBuf = new BigBuffer(bufferSize);
+// Use buffer here
+delete bigBuf;
+```
+
+用 `unique_ptr`：
+```cpp
+auto bigBuf = std::make_unique<BigBuffer>(bufferSize);
+// Use buffer here
+// bigBuf will be released when exiting scope
+```
+
+我們統一用[`std::make_unique<>`](https://en.cppreference.com/w/cpp/memory/unique_ptr/make_unique)這個template function來建立 `unique_ptr` ，角括號 `<>` 裡面要帶入你要建立的型別，後面的括號 `()` 就是型別的constructor，使用起來跟 `new` 是一樣的。
+因為 `std::make_unique<>` 裡面已經有表明型別了，所以變數就用 `auto` 就可以了，不用再寫一次型別。
+
+一旦 `unique_ptr` 建立之後，使用起來就跟一般指標沒有兩樣，都是用 `->` 來操作：`bigBuf->setXXX()` or `bigBuf->getXXX()`。
+但是別忘記 `unique_ptr` 本身還是一個local variable，所以我們可以用 `.` 來操作 `unique_ptr` ，例如我們可以用 `.reset()` 重新配一個指標：
+```cpp
+bigBuf.reset(std::make_unique<BigBuffer>(bufferSizeLarger));
+```
+這時候舊指標會自動delete，然後指向新的指標（如果記憶體分配有成功的話），或者指向 `nullptr` （記憶體分配失敗）。
+如果單純想要釋放指標，那就單純的呼叫 `reset()` 就好。
+```cpp
+bigBuf.reset(); // Now I'm nullptr
+```
+
+如果要分配陣列的話：
+```cpp
+auto intArray = std::make_unique<int[]>(1024);
+```
+
+使用方式也是一樣的：
+```cpp
+intArray[5] = 555;
+```
+
+不過對於陣列的操作更建議使用 `std::array` 。
+
+如果有什麼特殊原因讓你決定不再讓 `unique_ptr` 來幫你管理指標，可以用 `release()` 來讓出指標：
+```cpp
+auto intArray = std::make_unique<int[]>(1024);
+int* intArrayRaw = intArray.release(); // Now I don't care anymore
+```
+但是這時候呼叫 `delete[]` （或 `delete` ）的責任又回到你身上了。所以千萬不要把 `release()` 跟 `reset()` 搞混了。
+
+`unique_ptr` 不能被複製跟移動，所以下列的寫法都編不過：
+```cpp
+auto ptr1 = std::make_unique<int>(5);
+std::unique_ptr<int> ptr2(ptr1);  // Error
+std::unique_ptr<int> ptr2 = ptr1; // Error
+```
+在Visual Studio 2017上，錯誤訊息是這樣：`error C2280: 'std::unique_ptr<int,std::default_delete<int>>::unique_ptr(const std::unique_ptr<int,std::default_delete<int>> &)': attempting to reference a deleted function`。
+其實就是`unique_ptr`的copy constructor跟assignment operator都被標記為delete了。
+
+
+## shared_ptr
+建立一個 `shared_ptr` 是使用[`std::make_shared()`](https://en.cppreference.com/w/cpp/memory/shared_ptr/make_shared)：
+```cpp
+auto myBuf = std::make_shared<BigBuffer>(bufferSize);
+```
+
+但是 `shared_ptr` 可以被複製與移動，這是跟 `unique_ptr` 的差別：
+```cpp
+auto myBuf = std::make_shared<BigBuffer>(bufferSize);
+
+std::shared_ptr<BigBuffer> bufCopy = myBuf;
+```
+
+現在 bufCopy 跟 myBuf 都指向同一個指標，他們都可以操作這個指標：
+```cpp
+myBuf->setZero(startAddr, endAddr);
+bufCopy->setOne(startAddr, endAddr);
+```
+
+`shared_ptr` 內部有一個參考記數（reference count）來紀錄它所擁有的指標已經分享給幾個變數了，只要有變數離開了他的scope，參考記數就會減少，反之，要是像上面那樣有人複製指標，參考記數就會增加，參考記數歸0的時候，指標就會被釋放。
+
+有了 `shared_ptr` 我們就不必擔心 delete 的責任問題：
+```cpp
+std::shared_ptr<BigBuffer> getBuffer(int32_t bufferSize) {
+    return std::make_shared<BigBuffer>(bufferSize);
+}
+
+int main() {
+    auto myBuf = getBuffer(1024); // new(malloc) memory
+    // use myBuf
+
+    return 0;
+} // myBuf delete memory here
+```
+
+`shared_ptr` 有一個問題是可以會「循環參考」（cyclic references），也就是 share_ptr A 指向另一個 share_ptr B ，然後 share_ptr B 又指向 share_ptr A，這造成參考記數（reference count）不會減少而永遠無法釋出指標。這個是需要注意的。
+
+但是 `shared_ptr` 還是讓記憶體的管理問題大大減少，應該用 `shared_ptr` 來代替 `new` & `delete` 。