在实际的使用过程中，很多人都会有这样的问题：

1. 不知道智能指针的具体使用场景
2. 无脑只使用 shared_ptr
3. 认为应该禁用 raw pointer(裸指针，即 Widget * 这种形式)，全部使用智能指针

本文将从这几方面讲解智能指针：

1. 智能指针的应用场景分析
2. 智能指针的性能分析: 为什么 shared_ptr 性能比 unique_ptr 差
3. 指针作为函数参数时应该传，传值、传引用，还是裸指针？

对于智能指针的使用，实际上是对所有权和生命周期的思考，一旦想明白了这两点，那对智能指针的使用也就得心应手了。

1.unique_ptr：专属所有权

1.1 介绍

我们大多数场景下用到的应该都是 unique_ptr。
unique_ptr 代表的是专属所有权，即由 unique_ptr 管理的内存，只能被一个对象持有。
所以，unique_ptr 不支持复制和赋值，如下：

auto w = std::make_unique<Widget>();
auto w2 = w; // 编译错误

如果想要把 w 复制给 w2, 是不可以的。因为复制从语义上来说，两个对象将共享同一块内存。

因此，unique_ptr 只支持移动, 即如下：

auto w = std::make_unique<Widget>();
auto w2 = std::move(w); // w2 获得内存所有权，w 此时等于 nullptr

unique_ptr 代表的是专属所有权，如果想要把一个 unique_ptr 的内存交给另外一个 unique_ptr 对象管理。只能使用 std::move 转移当前对象的所有权。转移之后，当前对象不再持有此内存，新的对象将获得专属所有权。

如上代码中，将 w 对象的所有权转移给 w2 后，w 此时等于 nullptr，而 w2 获得了专属所有权。

1.2 性能

因为 C++ 的 zero cost abstraction 的特点，unique_ptr 在默认情况下和裸指针的大小是一样的。
所以 内存上没有任何的额外消耗，性能是最优的

1.3 使用场景

（1）忘记 delete

unique_ptr 一个最简单的使用场景是用于类属性。代码如下：

class Box{
public:Box() : w(new Widget()){}~Box(){// 忘记 delete w}
private:Widget* w;
};

如果因为一些原因，w 必须建立在堆上。如果用裸指针管理 w，那么需要在析构函数中 delete w;
这种写法虽然没什么问题，但是容易漏写 delete 语句，造成内存泄漏。

如果按照 unique_ptr 的写法，不用在析构函数手动 delete 属性，当对象析构时，属性 w 将会自动释放内存。

（2）异常安全

假如我们在一段代码中，需要创建一个对象，处理一些事情后返回，返回之前将对象销毁，如下所示：

void process()
{Widget* w = new Widget();w->do_something(); // 可能会发生异常delete w;
}

在正常流程下，我们会在函数末尾 delete 创建的对象 w，正常调用析构函数，释放内存。

但是如果 w->do_something() 发生了异常，那么 delete w 将不会被执行。此时就会发生 内存泄漏。
我们当然可以使用 try…catch 捕捉异常，在 catch 里面执行 delete，但是这样代码上并不美观，也容易漏写。

如果我们用 std::unique_ptr，那么这个问题就迎刃而解了。无论代码怎么抛异常，在 unique_ptr 离开函数作用域的时候，内存就将会自动释放。

2. shared_ptr：共享所有权

2.1 介绍

在使用 shared_ptr 之前应该考虑，是否真的需要使用 shared_ptr, 而非 unique_ptr。

shared_ptr 代表的是共享所有权，即多个 shared_ptr 可以共享同一块内存。
因此，从语义上来看，shared_ptr 是支持复制的。如下：

auto w = std::make_shared<Widget>();
{auto w2 = w;cout << w.use_count() << endl;  // 2
}
cout << w.use_count() << endl;  // 1

shared_ptr 内部是利用引用计数来实现内存的自动管理，每当复制一个 shared_ptr，引用计数会 + 1。当一个 shared_ptr 离开作用域时，引用计数会 - 1。当引用计数为 0 的时候，则 delete 内存。

同时，shared_ptr 也支持移动。从语义上来看，移动指的是所有权的传递。如下：

auto w = std::make_shared<Widget>();
auto w2 = std::move(w); // 此时 w 等于 nullptr，w2.use_count() 等于 1

我们将 w 对象 move 给 w2，意味着 w 放弃了对内存的所有权和管理，此时 w 对象等于 nullptr。
而 w2 获得了对象所有权，但因为此时 w 已不再持有对象，因此 w2 的引用计数为 1。

2.2 性能

1. 内存占用高
   shared_ptr 的内存占用是裸指针的两倍。因为除了要管理一个裸指针外，还要维护一个引用计数。
   因此相比于 unique_ptr, shared_ptr 的内存占用更高

2. 原子操作性能低
   考虑到线程安全问题，引用计数的增减必须是原子操作。而原子操作一般情况下都比非原子操作慢。

3. 使用移动优化性能
   shared_ptr 在性能上固然是低于 unique_ptr。而通常情况，我们也可以尽量避免 shared_ptr 复制。
   如果，一个 shared_ptr 需要将所有权共享给另外一个新的 shared_ptr，而我们确定在之后的代码中都不再使用这个 shared_ptr，那么这是一个非常鲜明的移动语义。
   对于此种场景，我们尽量使用 std::move，将 shared_ptr 转移给新的对象。因为移动不用增加引用计数，性能比复制更好。

2.3 使用场景

1. shared_ptr 通常使用在共享权不明的场景。有可能多个对象同时管理同一个内存时。
2. 对象的延迟销毁。陈硕在《Linux 多线程服务器端编程》中提到，当一个对象的析构非常耗时，甚至影响到了关键线程的速度。可以使用 BlockingQueue<std::shared_ptr<void>> 将对象转移到另外一个线程中释放，从而解放关键线程。

3. 选择哪种指针作为函数的参数？

很多时候，函数的参数是个指针。这个时候就会面临选择困难症，这个参数应该怎么传，应该是 shared_ptr，还是 const shared_ptr&，还是直接 raw pointer 更合适。

1. 只在函数使用指针，但并不保存对象内容
   假如我们只需要在函数中，用这个对象处理一些事情，但不打算涉及其生命周期的管理，也不打算通过函数传参延长 shared_ptr 的生命周期。
   对于这种情况，可以使用 raw pointer 或者 const shared_ptr&。
   即：

void func(Widget*);
void func(const shared_ptr<Widget>&)

实际上第一种裸指针的方式可能更好，从语义上更加清楚，函数也不用关心智能指针的类型。

1. 在函数中保存智能指针
   假如我们需要在函数中把这个智能指针保存起来，这个时候建议直接传值。

void func(std::shared_ptr<Widget> ptr);

这样的话，外部传过来值的时候，可以选择 move 或者赋值。函数内部直接把这个对象通过 move 的方式保存起来。
这样性能更好，而且外部调用也有多种选择。

参考：

C++ 智能指针的正确使用方式 | 编程沉思录