unique_ptr和shared_ptr的引用计数机制有何不同？

好的，我们来详细解释一下 unique_ptr 和 shared_ptr 在引用计数机制上的不同：

核心区别

1. unique_ptr (唯一指针)

   • 没有引用计数机制。这是它的核心特征。
   • 它代表了对所管理资源的独占所有权。这意味着在任何时刻，只有一个 unique_ptr 实例可以指向该资源。
   • 为了维护这种独占性，unique_ptr 禁止复制构造和复制赋值操作。如果你尝试将一个 unique_ptr 赋值给另一个或者用它初始化一个新的 unique_ptr，编译器会报错。
   • 所有权可以通过 std::move 移动语义进行转移。移动操作会将所有权从一个 unique_ptr 转移到另一个 unique_ptr，原始的 unique_ptr 会变为 nullptr，不再拥有资源。移动操作不会涉及任何计数。
   • 生命周期结束时释放资源：当拥有资源的 unique_ptr 离开其作用域（被销毁）时，它所管理的资源会被立即释放（通过其关联的删除器）。
   • 特点总结：轻量、高效、无额外开销、强制明确的资源所有权转移。

2. shared_ptr (共享指针)

   • 有引用计数机制。这是它实现共享所有权的核心。
   • 它代表了对所管理资源的共享所有权。这意味着可以有多个 shared_ptr 实例指向同一个资源。
   • 引用计数原理：
     • 当一个 shared_ptr 被创建（例如通过构造函数或 make_shared）并指向一个新资源时，会创建一个控制块（通常动态分配），其中包含一个引用计数器（初始值为 1）。
     • 复制构造：当用一个 shared_ptr 初始化另一个新的 shared_ptr（即复制）时，它们指向同一个资源，并且引用计数器会递增 1。
     • 赋值操作：当将一个 shared_ptr 赋值给另一个 shared_ptr 时，被赋值的那个 shared_ptr 会先递减它原来指向资源的引用计数（如果原来有资源），然后指向新的资源，并递增新资源的引用计数。
     • 析构/离开作用域：当一个 shared_ptr 被销毁（例如离开作用域）时，它会递减它所指向资源的引用计数。
     • 释放资源：只有当引用计数递减到 0 时，才意味着没有任何 shared_ptr 拥有该资源了。此时，控制块会负责调用关联的删除器来释放资源本身，并最终释放控制块的内存。
   • 特点总结：允许多个所有者、资源在所有共享指针都销毁后才释放、有额外的内存和性能开销（控制块和原子计数操作）、可能引入循环引用问题（需要配合 weak_ptr 解决）。

总结对比表

特性	unique_ptr	shared_ptr
所有权模型	独占所有权 (Exclusive Ownership)	共享所有权 (Shared Ownership)
引用计数	无	有
复制语义	禁止复制	允许复制 (递增引用计数)
移动语义	允许移动 (转移所有权)	允许移动 (转移所有权)
资源释放时机	唯一所有者销毁时立即释放	最后一个所有者销毁时释放
开销	极小 (接近原始指针)	较大 (控制块、原子计数操作)
主要用途	明确单一所有者的资源	需要多个所有者共享的资源

简单来说：unique_ptr 是“我的，只能是我的”，所以不需要计数；shared_ptr 是“大家的，谁最后走谁关灯”，所以需要计数来知道谁是最后一个。