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【C++知识杂记1】智能指针及其分类

news 2025/8/18 7:52:55

智能指针（smart pointer） 是 C++11 引入的一类 模板类，用来封装原始指针，自动管理堆内存的生命周期，避免出现 内存泄漏 和 悬空指针（野指针） 的问题。

当智能指针对象离开作用域时，它会自动调用 delete 来释放所管理的资源，从而实现 RAII（资源获取即初始化，Resource Acquisition Is Initialization） 思想。

🧠 智能指针的种类

C++ 标准库（<memory> 头文件）提供了三种主要的智能指针：

1. `std::unique_ptr`（独占智能指针）

特点：独占式所有权，一个资源只能由一个 unique_ptr 拥有。
拷贝：不允许拷贝，只能通过 std::move 转移所有权。
适用场景：对象的生命周期和作用域绑定，保证同一时间只有一个所有者。
创建方式：推荐使用 std::make_unique<T>()（C++14 以后）。

示例：

#include <memory>
#include <iostream>
using namespace std;int main() {auto p = std::make_unique<int>(42);cout << *p << endl;  // 输出 42auto q = std::move(p); // 转移所有权if (!p) cout << "p is empty\n"; // p 已经不再管理对象
}

2. `std::shared_ptr`（共享智能指针）

特点：共享式所有权，多个 shared_ptr 可以指向同一资源。
内存释放：内部维护一个 引用计数，当最后一个 shared_ptr 被销毁时，才调用 delete 释放资源。
适用场景：多个对象或函数需要共享同一个动态分配的对象。
创建方式：推荐使用 std::make_shared<T>()。

示例：

#include <memory>
#include <iostream>
using namespace std;int main() {auto p1 = std::make_shared<int>(42);auto p2 = p1;  // 引用计数 +1cout << "use_count = " << p1.use_count() << endl; // 2p1.reset(); // p1 不再持有对象cout << "use_count = " << p2.use_count() << endl; // 1
}

⚠️ 注意：shared_ptr 可能导致 循环引用问题（两个对象互相持有 shared_ptr，导致引用计数无法归零）。

3. `std::weak_ptr`（弱引用智能指针）

特点：一种 弱引用，用于配合 shared_ptr 使用，不增加引用计数。
适用场景：打破 shared_ptr 的循环引用。
使用方式：不能直接访问资源，必须先调用 .lock() 获得一个 shared_ptr。

示例：

#include <memory>
#include <iostream>
using namespace std;int main() {auto sp = std::make_shared<int>(42);std::weak_ptr<int> wp = sp;  // 弱引用if (auto temp = wp.lock()) { // 转换为 shared_ptrcout << *temp << endl;   // 42}
}

📌 小结

智能指针	所有权	拷贝	释放时机	适用场景
unique_ptr	独占	❌ 禁止拷贝，✔️ 允许 `std::move`	作用域结束时	对象唯一所有者
shared_ptr	共享	✔️ 允许拷贝	引用计数归零时	多个对象共享同一资源
weak_ptr	无（弱引用）	✔️ 允许拷贝	不影响对象释放	辅助 `shared_ptr`，解决循环引用