Ako funguje shared_ptr v C++?

shared_ptr — je inteligentný ukazovateľ, ktorý implementuje semantiku zdieľaného zdroja. Uchováva ukazovateľ na objekt a ukazovateľ na riadiacu blok.

Riadiaci blok obsahuje:

• Počítadlo silných odkazov (reference count).
• Počítadlo slabých odkazov (weak count).
• Používateľský funkcionár na vymazanie (deleter), ak je zadaný.
• Používateľský alokátor, ak je zadaný.
• Ukazovateľ na uložený objekt (to isté, čo je uložené v samotnom shared_ptr).

Princíp práce:

1. Vytvorenie: Pri vytvorení prvého shared_ptr, ktorý ukazuje na objekt, sa vytvorí riadiaci blok, počítadlá odkazov sa inicializujú: silné — 1, slabé — 0.

   std::shared_ptr<int> ptr1 = std::make_shared<int>(10); // Vytvorí objekt int a riadiaci blok
   

2. Kopírovanie: Pri kopírovaní shared_ptr sa počet silných odkazov v riadiacom bloku zvýši o 1.

   std::shared_ptr<int> ptr2 = ptr1; // Zvýši počet silných odkazov
   

3. Priradenie: Pri priradení shared_ptr starému zdroju sa decrement-uje (zníži) počet silných odkazov, novému zdroju sa increment-uje (zvýši).

   std::shared_ptr<int> ptr3;
   ptr3 = ptr1; // Decrement starého zdroja, Increment nového
   

4. Odstránenie: Pri zničení shared_ptr (napríklad, pri ukončení platnosti) sa počet silných odkazov zníži.

   {
       std::shared_ptr<int> ptr4 = ptr1; // Zvýši počet silných odkazov
       // ptr4 končí platnosť
   } // Zníži počet silných odkazov
   

5. Uvoľnenie zdroja: Keď počet silných odkazov dosiahne nulu, zdroj (objekt, na ktorý ukazuje shared_ptr) sa odstráni pomocou zadaného funkcionára na vymazanie (alebo delete ako predvolené).
6. Uvoľnenie riadiaceho bloku: Riadiaci blok sa uvoľní, keď oba počítadlá (silné a slabé) dosiahnu nulu.

Výhody:

• Automatické riadenie pamäti pre zdieľané zdroje.
• Bezpečnosť pred dvojitým uvoľnením.
• Podpora používateľských funkcionárov na vymazanie.

Nevýhody:

• Cyklické odkazy môžu viesť k únikom pamäti (rieši sa pomocou weak_ptr).
• Mierne zvýšenie režijných nákladov kvôli riadiacemu bloku a atómovým operáciám s počítadlami.
• Vláknová bezpečnosť operácií s samým shared_ptr (kopírovanie, priradenie, zmena uloženého ukazovateľa), ale nie s objektom, na ktorý ukazuje.