智能指針演進

• auto_ptr (C++98)：**已棄用 (C++11)**，移動語義缺陷導致所有權轉移隱患
• unique_ptr (C++11)：**獨占所有權**，零開銷，支持數組
• shared_ptr (C++11)：**共享所有權**，引用計數，線程安全控制塊
• weak_ptr (C++11)：**非擁有觀察者**，打破循環引用

unique_ptr：獨占語義

std::unique_ptr<int> p1(new int(42));
std::unique_ptr<int> p2 = std::move(p1); // 显式移動，p1 置空
// p2 = p1; // 編譯錯誤：禁止拷貝

// 數組專用版本
std::unique_ptr<int[]> arr(new int[10]);
arr[5] = 100; // 支持下標訪問

// 自定義刪除器
auto deleter = [](FILE* f){ fclose(f); };
std::unique_ptr<FILE, decltype(deleter)> fp(fopen("a.txt","r"), deleter);

關鍵特性：移動構造/賦值轉移所有權；臨時對象賦值合法（右值引用）；無額外控制塊開銷，大小等同裸指針。

shared_ptr：共享所有權

控制塊結構

堆上分配控制塊，包含：

• 強引用計數（shared_ptr 數量）
• 弱引用計數（weak_ptr 數量）
• 可選：自定義刪除器、分配器

std::shared_ptr<int> sp1 = std::make_shared<int>(42); // 推薦：單次分配對象+控制塊
std::shared_ptr<int> sp2 = sp1; // 引用計數 +1
sp1.use_count(); // 2
sp1.reset();     // 計數 -1，sp2 仍持有
// 計數歸零時調用刪除器釋放對象

核心 API

shared_ptr() noexcept;
template<class Y> explicit shared_ptr(Y* p);
template<class Y, class D> shared_ptr(Y* p, D d);
shared_ptr(const shared_ptr& r) noexcept;
shared_ptr& operator=(const shared_ptr& r) noexcept;
void reset();
T& operator*() const;
T* operator->() const;
T* get() const;
bool unique() const; // use_count() == 1
long use_count() const;
explicit operator bool() const; // 可用於 if(sp)
void swap(shared_ptr& other);

make_shared 優勢

• 單次內存分配（對象+控制塊相鄰），提升緩存局部性
• 異常安全：構造拋異常不會洩漏
• 不可用於自定義刪除器場景

weak_ptr：打破循環引用

不增加強引用計數**，僅增加弱引用計數。對象銷毀時弱引用計數不為 0，控制塊保留直到最後 weak_ptr 銷毀。

std::shared_ptr<Node> parent = std::make_shared<Node>();
std::shared_ptr<Node> child = std::make_shared<Node>();
parent->child = child;
child->parent = std::weak_ptr<Node>(parent); // 父指針用 weak_ptr

// 使用時鎖定
if (auto p = child->parent.lock()) {
    // p 是 shared_ptr，安全訪問
}