手写智能指针：带你彻底搞懂 C++ 内存管理的底层逻辑

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一、裸指针的困境

先来看一段典型的裸指针代码：

void foo() {MyClass* p = new MyClass();// 业务逻辑delete p;  // 如果忘了，内存泄漏
}

如果 delete p 忘写，程序就会内存泄漏；如果写了两次，程序又可能崩溃。

裸指针的手动管理不但繁琐，还容易引入难以察觉的错误。

二、智能指针的设计目标

智能指针本质是一个类，封装裸指针，负责：

• 自动释放资源，防止内存泄漏
• 明确资源所有权，防止重复释放
• 操作简洁，支持类似裸指针的访问方式

三、手写独占智能指针 —— SimpleSmartPtr

我们先实现一个独占式智能指针，它独自拥有指针资源，不允许复制，只能移动。

template<typename T>
class SimpleSmartPtr {T* ptr;public:// 构造函数，默认nullptrexplicit SimpleSmartPtr(T* p = nullptr) : ptr(p) {}// 析构函数，释放资源~SimpleSmartPtr() {delete ptr;}// 禁止拷贝构造和拷贝赋值，防止重复释放SimpleSmartPtr(const SimpleSmartPtr&) = delete;SimpleSmartPtr& operator=(const SimpleSmartPtr&) = delete;// 支持移动构造，实现资源转移SimpleSmartPtr(SimpleSmartPtr&& other) noexcept : ptr(other.ptr) {other.ptr = nullptr;}// 支持移动赋值，实现资源转移SimpleSmartPtr& operator=(SimpleSmartPtr&& other) noexcept {if (this != &other) {delete ptr;         // 释放原有资源ptr = other.ptr;    // 接管新资源other.ptr = nullptr; // 置空旧指针}return *this;}// 解引用操作符，支持指针操作T& operator*() const { return *ptr; }T* operator->() const { return ptr; }// 获取裸指针T* get() const { return ptr; }
};

关键点详解：

• 构造函数 接收一个裸指针，默认 nullptr。
• 析构函数 确保指针析构时，资源自动释放。
• 禁止拷贝：防止多个智能指针同时管理同一资源，避免双重释放。
• 支持移动：允许智能指针资源所有权转移，防止资源浪费。
• 操作符重载：让智能指针表现得像普通指针，方便使用。

四、为什么禁止拷贝？为什么要支持移动？

如果允许拷贝：

SimpleSmartPtr<MyClass> p1(new MyClass());
SimpleSmartPtr<MyClass> p2 = p1;  // 拷贝，两个智能指针指向同一个裸指针

两个智能指针都会在析构时 delete 同一指针，导致重复释放，程序崩溃。

移动语义允许资源所有权在智能指针之间安全转移：

SimpleSmartPtr<MyClass> p2 = std::move(p1);  // p2接管资源，p1置空

这样避免了重复释放，也能灵活转移资源。

五、引用计数智能指针 shared_ptr 基本思路

独占式智能指针不能满足多处共享对象需求。C++ 标准库提供了 std::shared_ptr，通过引用计数实现资源共享管理。

核心原理是：

• 引用计数存放在堆上，所有 shared_ptr 实例共享
• 每次拷贝构造/赋值计数加1，析构计数减1
• 计数为0时释放资源

手写引用计数智能指针虽然稍复杂，但思路简单：增加一个计数器成员指针，管理引用次数。

六、weak_ptr 的角色

当两个对象相互持有 shared_ptr，就会产生循环引用，导致计数永远不为0，资源泄漏。

weak_ptr 是一种不增加引用计数的智能指针，专门用来观察 shared_ptr，避免循环引用。

七、小结

通过手写智能指针，你不仅能：

• 理解 RAII（资源获取即初始化）理念
• 掌握移动语义、禁止拷贝的重要设计
• 理解资源所有权与生命周期管理
• 理解引用计数智能指针的基本原理

还能让你写出更安全、高效、易维护的现代 C++ 代码。

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