Как работи shared_ptr в C++?

shared_ptr — това е интелигентен указател, реализиращ семантиката на владение на споделен ресурс. Той съхранява указател към обекта и указател към управляващия блок.

Управляващ блок съдържа:

• Брояч на силните препратки (reference count).
• Брояч на слабите препратки (weak count).
• Потребителски функтор за изтриване (deleter), ако е зададен.
• Потребителски аллокатор, ако е зададен.
• Указател към съхранявания обект (същото, което се съхранява в самия shared_ptr).

Принцип на работа:

1. Създаване: При създаване на първия shared_ptr, сочещ към обект, се създава управляващият блок, броячите на препратки се инициализират: силни — 1, слаби — 0.

   std::shared_ptr<int> ptr1 = std::make_shared<int>(10); // Създава обект int и управляващ блок
   

2. Копиране: При копиране на shared_ptr броячът на силните препратки в управляващия блок се увеличава с 1.

   std::shared_ptr<int> ptr2 = ptr1; // Увеличава брояча на силните препратки
   

3. Присвояване: При присвояване на shared_ptr към стар ресурс, броячът на силните препратки се намалява за стария ресурс и се увеличава за новия.

   std::shared_ptr<int> ptr3;
   ptr3 = ptr1; // Намалява брояча на стария ресурс, увеличава за новия
   

4. Премахване: При унищожаване на shared_ptr (например, излизане от обхвата) броячът на силните препратки се намалява.

   {
       std::shared_ptr<int> ptr4 = ptr1; // Увеличава брояча на силните препратки
       // ptr4 излиза от обхвата
   } // Намалява брояча на силните препратки
   

5. Освобождаване на ресурса: Когато броячът на силните препратки достигне нула, ресурсът (обектът, към който сочи shared_ptr) се изтрива с помощта на зададения функтор за изтриване (или delete по подразбиране).
6. Освобождаване на управляващия блок: Управляващият блок се освобождава, когато и двата брояча (силните и слабите) достигнат нула.

Предимства:

• Автоматично управление на паметта за споделените ресурси.
• Безопасност срещу двойно освобождаване.
• Поддръжка на потребителски функтори за изтриване.

Недостатъци:

• Цикличните препратки могат да доведат до изтичане на памет (решава се с weak_ptr).
• Леко увеличение на разходите поради управляващия блок и атомарните операции с броячите.
• Потокобезопасност на операциите с самия shared_ptr (копиране, присвояване, промяна на съхранявания указател), но не и с обекта, към който сочи.