C++智能指针

智能指针

`std::shared_ptr`

核心特性：共享所有权的智能指针，多个shared_ptr可以指向同一个对象，内部通过引用计数（reference count）跟踪对象被引用的次数。当最后一个指向该对象的shared_ptr被销毁时，对象才会被自动删除。
适用场景：需要多个所有者共享资源的场景，如容器中存储的对象、多个指针指向同一动态对象等。

基本用法

#include <memory>
#include <iostream>

int main() {
    // 创建指向int的shared_ptr（推荐使用make_shared，更高效）
    auto sptr1 = std::make_shared<int>(200);
    std::cout << "引用计数: " << sptr1.use_count() << std::endl; // 输出：1

    // 拷贝，引用计数增加
    std::shared_ptr<int> sptr2 = sptr1;
    std::cout << "引用计数: " << sptr1.use_count() << std::endl; // 输出：2

    // 重置sptr1，引用计数减少
    sptr1.reset();
    std::cout << "引用计数: " << sptr2.use_count() << std::endl; // 输出：1

    return 0; // sptr2销毁时，引用计数变为0，释放内存
}

注意：避免循环引用（如两个shared_ptr互相指向对方），否则引用计数永远不会归零，导致内存泄漏（需配合weak_ptr解决）。

`std::unique_ptr`

核心特性：独占所有权的智能指针，同一时间只能有一个unique_ptr指向某个对象，不允许拷贝（但允许移动）。当unique_ptr被销毁（如离开作用域）时，它所指向的对象会自动被删除。
适用场景：管理独占所有权的资源，如动态分配的单个对象或数组，是替代auto_ptr的现代方案。

基本用法

#include <memory>

int main() {
    // 创建指向int的unique_ptr
    std::unique_ptr<int> uptr1(new int(42));
    // 或使用更安全的make_unique（C++14引入）
    auto uptr2 = std::make_unique<int>(100);

    // 不允许拷贝
    // std::unique_ptr<int> uptr3 = uptr1; // 编译错误

    // 允许移动（所有权转移）
    std::unique_ptr<int> uptr4 = std::move(uptr1); // uptr1变为nullptr

    return 0; // uptr2、uptr4销毁时，自动释放所指向的内存
}

优势：轻量级（内存开销小），效率高，编译期检查所有权，避免意外拷贝。

`std::weak_ptr`

核心特性：弱引用智能指针，不拥有对象的所有权，仅作为shared_ptr的辅助工具。它指向shared_ptr管理的对象，但不增加引用计数，因此不会影响对象的生命周期。
适用场景：解决shared_ptr的循环引用问题，或需要临时访问某个资源但不希望延长其生命周期的场景。

基本用法

#include <memory>
#include <iostream>

int main() {
    auto sptr = std::make_shared<int>(300);
    std::weak_ptr<int> wptr = sptr; // 弱引用，不增加引用计数

    std::cout << "sptr引用计数: " << sptr.use_count() << std::endl; // 输出：1

    // 通过lock()获取shared_ptr（若对象已释放，返回nullptr）
    if (auto temp = wptr.lock()) {
        std::cout << "对象值: " << *temp << std::endl; // 输出：300
    } else {
        std::cout << "对象已释放" << std::endl;
    }

    sptr.reset(); // 释放对象，引用计数变为0
    
    if (auto temp = wptr.lock()) {
        std::cout << "对象值: " << *temp << std::endl;
    } else {
        std::cout << "对象已释放" << std::endl; // 输出此句
    }

    return 0;
}

核心方法：lock()用于获取一个指向对象的shared_ptr（若对象存在），expired()用于检查所指向的对象是否已被释放。

总结对比

智能指针	所有权	引用计数	主要用途	缺点
`unique_ptr`	独占	无	管理独占资源，替代原始指针	不可拷贝，仅可移动
`shared_ptr`	共享	有	多所有者共享资源	有额外内存开销，可能循环引用
`weak_ptr`	无（弱引用）	不影响	解决循环引用，临时访问资源	不能直接访问对象，需通过`lock()`

实际开发中，应根据资源的所有权关系选择合适的智能指针：优先使用unique_ptr（效率最高），需共享时使用shared_ptr，配合weak_ptr解决循环引用问题。

另外相比new,make_xxx更具有优越性.具体原因无需说明,单从概念即可看出,new的话要构造两次.

使用

智能指针能如普通指针一样使用,因为被重载了.

.get()获取原始指针

.release取消托管,需要自己手动释放.

.reset(xxx)重置指针托管的地址,即释放掉原本托管的内存,用参数智能代替,如xxx为空则是直接释放.

自定义删除器

RAII（Resource Acquisition Is Initialization）是由c++之父Bjarne Stroustrup提出的，中文翻译为资源获取即初始化.

我觉得这句很正确,其实就和我们强制写0是一样的,增加代码可控性.那么我们可以利用智能指针的特性来实现这个.

但是我们会发现智能指针设置得很自由,有些销毁方式不是单纯的delete能解决的,所以智能指针是有自定义删除器的功能的,有三种:

函数指针
Lambda:无状态的 Lambda（不捕获任何变量）或空的函数对象作为删除器不会增加 unique_ptr 的大小，这是一种零成本抽象。但如果使用函数指针或者有状态的删除器，unique_ptr 的大小会增加。
仿函数

std::unique_ptr<T, DeleterType>和std::shared_ptr<T>不同,单从类型可以看出,如果unique要自定义删除器,要实例化的时候写上相应删除器类型.

`std::unique`的`pointer`

通常，当我们写 std::unique_ptr<T, Deleter> 时，unique_ptr 内部会认为它管理的是一个类型为 T* 的指针。它提供的成员函数，比如 get()，就会返回一个 T* 类型。

例如，对于 std::unique_ptr<int>，它内部管理的指针类型是 int*。

但是问题出现了,如果当 T 本身就是句柄或指针类型时怎么办.

构建一个情景，T 是 HANDLE。在 Windows SDK 中，HANDLE 本身通常就是 void* 的一个别名。

如果我们不进行任何自定义，直接使用 std::unique_ptr<HANDLE, HandleDeleter>，那么 unique_ptr 会默认它管理的指针类型是 void**。这个问题不言而喻了.

故而在 std::unique_ptr<T, Deleter> 会检查其删除器类型 Deleter 中是否存在一个名为 pointer 的嵌套类型,来告诉它T应该是什么。当然这里只有仿函数可以实现了.

下例:

struct HandleDeleter {
    // 告诉 unique_ptr，你管理的“指针”类型其实是 HANDLE
    using pointer = HANDLE;
    void operator()(HANDLE handle) const {
        if (handle && handle != INVALID_HANDLE_VALUE) {
            CloseHandle(handle);
        }
    }
};

// T 是 HANDLE, Deleter 是 HandleDeleter
// 因为 HandleDeleter::pointer 存在,所以 UniqueHandle 内部的指针类型是 HANDLE，而不是 HANDLE*
using UniqueHandle = std::unique_ptr<HANDLE, HandleDeleter>;

这两点让unique_ptr可以实现RAII的包装.

posted @ 2025-08-30 13:53 T0fV404 阅读(5) 评论(0) 收藏举报

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C++智能指针

智能指针

std::shared_ptr

std::unique_ptr

std::weak_ptr

总结对比

使用

自定义删除器

std::unique的pointer

公告

`std::shared_ptr`

`std::unique_ptr`

`std::weak_ptr`

`std::unique`的`pointer`