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unique_ptr的详细介绍

news 2025/7/10 11:58:01

unique_ptr 的详细介绍及典型使用场景的测试用例：

1. `unique_ptr` 核心特性

独占所有权：同一时刻只有一个 unique_ptr 拥有对象所有权
不可复制（但可移动）：禁止拷贝构造和拷贝赋值，避免意外的所有权共享
零开销：与裸指针相比，无额外内存或性能开销（编译器优化后）
自动释放：离开作用域时自动释放资源，保证异常安全

2. 基本用法测试用例

(1) 创建与释放

#include <memory>
#include <iostream>

class MyResource {
public:
    MyResource() { std::cout << "资源创建\n"; }
    ~MyResource() { std::cout << "资源释放\n"; }
    void use() { std::cout << "使用资源\n"; }
};

int main() {
    // 创建 unique_ptr（推荐使用 C++14 的 make_unique）
    std::unique_ptr<MyResource> ptr = std::make_unique<MyResource>();
    ptr->use();

    // 显式释放资源（可选）
    ptr.reset(); // 输出 "资源释放"
    return 0;
}

输出结果：

资源创建
使用资源
资源释放

(2) 所有权转移

void transferOwnership(std::unique_ptr<MyResource> newOwner) {
    newOwner->use();
} // 函数结束时释放资源

int main() {
    std::unique_ptr<MyResource> owner = std::make_unique<MyResource>();
    
    // 转移所有权（移动语义）
    transferOwnership(std::move(owner)); 
    
    // 此时 owner 变为空指针
    if (!owner) {
        std::cout << "所有权已转移\n";
    }
    return 0;
}

输出结果：

资源创建
使用资源
资源释放
所有权已转移

3. 高级用法测试用例

(1) 管理数组

#include <memory>
#include <iostream>
int main() {
    // 管理动态数组（自动调用 delete[]）
    std::unique_ptr<int[]> arr = std::make_unique<int[]>(5);
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        arr[i] = i * 10;
    }

    // 输出数组内容
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::cout << arr[i] << " ";
    }
    return 0;
}

输出结果：

0 10 20 30 40

(2) 自定义删除器

#include <cstdio>
#include <memory>
#include <iostream>
// 自定义文件句柄释放逻辑
struct FileDeleter {
    void operator()(FILE* file) const {
        if (file) {
            std::fclose(file);
            std::cout << "文件已关闭\n";
        }
    }
};

int main() {
    // 使用自定义删除器管理文件
    std::unique_ptr<FILE, FileDeleter> filePtr(
        std::fopen("test.txt", "w"), 
        FileDeleter{}
    );

    if (filePtr) {
        std::fputs("Hello unique_ptr", filePtr.get());
    }
    return 0;
}

输出结果：

文件已关闭

(3) 作为函数返回值

#include <memory>
#include <iostream>

class MyResource {
public:
    MyResource() { std::cout << "资源创建\n"; }
    ~MyResource() { std::cout << "资源释放\n"; }
    void use() { std::cout << "使用资源\n"; }
};
std::unique_ptr<MyResource> createResource() {
    return std::make_unique<MyResource>();
}

int main() {
    auto res = createResource();
    res->use();
    return 0;
}

输出结果：

资源创建
使用资源
资源释放

4. 常见错误规避

(1) 禁止拷贝操作

std::unique_ptr<MyResource> ptr1 = std::make_unique<MyResource>();
std::unique_ptr<MyResource> ptr2 = ptr1; // 编译错误！

(2) 正确释放后访问

auto ptr = std::make_unique<MyResource>();
ptr.reset(); // 释放资源
ptr->use();  // 未定义行为（程序可能崩溃）

5. `unique_ptr` 与 `shared_ptr` 对比

特性	`unique_ptr`	`shared_ptr`
所有权	独占	共享
性能开销	无	引用计数原子操作
拷贝语义	禁止（仅移动）	允许
典型场景	工厂模式、资源独占管理	多对象共享资源