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C++智能指针用法及内存管理

news 来源：原创 2025/5/30 11:27:19

一、内存管理中最长出现的问题：

1、空指针：空指针是一个不指向任何有效对象或函数的指针，其值为 NULL（C）或 nullptr（C++11 起）

2、野指针：野指针是指指向“不可用”或“无效”内存地址的指针，指向一个未知地方。

int* ptr;  // 未初始化，ptr 是野指针
*ptr = 10; // 危险操作，访问非法地址int* ptr = malloc(sizeof(int));
free(ptr);
*ptr = 20; // ptr 成为野指针（悬空指针）int* func() {int x = 10;return &x;  // 返回局部变量地址，函数结束后栈内存被释放，成为野指针
}

二、内存管理的方法

1、aoto（变量类型）

在 C++11 中，auto 关键字允许编译器根据变量的初始化表达式自动推导其类型，从而简化代码编写，尤其是在使用复杂类型时非常方便。使用场景通常有以下几个：

1、搭配STL容器使用

#include <vector>
std::vector<int> vec = {1, 2, 3};for (auto it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) {std::cout << *it << " ";
}

2、搭配智能指针使用

#include <memory>auto ptr = std::make_shared<int>(42);   // shared_ptr<int>
auto uptr = std::make_unique<std::string>("hello");  // unique_ptr<string>

2、智能指针（内存申请）

C++ 中的 智能指针 是用于自动管理动态内存的类模板，它们通过封装裸指针（raw pointer），在对象生命周期结束时自动释放资源，从而避免内存泄漏和悬空指针等问题。最常用的智能指针如下，使用场景如下：

需要唯一控制资源时 → 使用 std::unique_ptr
多个对象共享资源时 → 使用 std::shared_ptr

std::unique_ptr：同一时间只能有一个 unique_ptr 指向一个对象，使用make_unique创建一个对象。

std::shared_ptr：多个 shared_ptr 可以指向同一个对象，使用make_shared创建一个对象。

std::weak_ptr：不拥有对象，只是观察由 shared_ptr 管理的对象。

通过reset()函数可以手动释放资源，离开作用域以后也会自动释放资源

#include <memory>std::unique_ptr<int> ptr1 = std::make_unique<int>(42);
// std::unique_ptr<int> ptr2 = ptr1; // 编译错误：不可复制
std::unique_ptr<int> ptr2 = std::move(ptr1); // 合法：移动所有权std::shared_ptr<int> ptr1 = std::make_shared<int>(42);
std::shared_ptr<int> ptr2 = ptr1;  // 合法：共享所有权
std::cout << "Use count: " << ptr1.use_count() << std::endl;  // 输出 2ptr1.reset(); // 释放内存，ptr 变为 nullptr

3、NEW操作符（内存申请）

new 是一个用于动态分配内存的操作符，用于向堆去申请内存空间，它分配内存的大小由其后跟的数据类型决定。如，int* ptr = new int; 这行代码会在堆上分配一个能够存储一个整数的内存空间，并返回该内存块的首地址，将其赋值给指针 ptr。释放的时候需要调用delete ptr；去手动释放内存

int* p = new int;           // 分配一个未初始化的 int
int* p2 = new int(42);      // 分配并初始化为 42
delete p;
delete p2;

4、molloc（c语言内存申请）

分配指定大小（字节）的内存块，不初始化，需要手动管理内存

#include <stdlib.h>int* ptr = (int*)malloc(5 * sizeof(int));  // 分配能存储 5 个 int 的内存
if (ptr == NULL) {// 处理内存分配失败printf("Memory allocation failed\n");exit(EXIT_FAILURE);
}free(ptr);   // 释放后 ptr 成为“悬空指针”
ptr = NULL;  // 建议置为 NULL，防止后续误用