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Day7-1 智能指针雏形：独占语义与共享语义

1. 独占语义与共享语义

在 C++ 中，拷贝构造的语义可以分为独占语义和共享语义。

• 独占语义（Unique Ownership）：每个对象拥有一块独立的内存，拷贝时进行深拷贝。
• 共享语义（Shared Ownership）：多个对象共享同一块内存，拷贝时进行浅拷贝，通常需要引用计数来管理资源。

C++ 标准库提供了 std::unique_ptr 和 std::shared_ptr 来实现这两种语义。

1.1 Circle 类：示例类

Circle 类是一个普通的对象类，包含构造函数、析构函数、成员变量和方法。

// Circle.h
#pragma once
#include <iostream>
#include <cmath>
using namespace std;//关键字
//const
const int global_a = 10;
//static
static int s_b = 10;
//extern
extern int SIZE = 10;
//三者的用途：const 修饰常量，static 修饰全局变量，extern 修饰外部变量class Circle
{
public:Circle(double r = 0): _r(r){cout << "Circle(double r = 0)" << endl;}Circle(double r, char* name): _r(0), _name(new char[strlen(name) + 1]){strcpy_s(_name, strlen(name) + 1, name);cout << "Circle(double r, char* name)" << endl;}~Circle(){cout << "~Circle()" << endl;delete[] _name;}double getRadius() const { return _r; }void setRadius(double r) { _r = r; }double getArea() const { return M_PI * _r * _r; }private:double _r;char* _name;
};

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2. 拷贝构造：独占语义（Unique Ownership）

UniqueClass 实现了独占语义，即对象的拷贝会创建新的独立对象，保证每个对象都拥有独立的内存。

// ShareClass.h
class UniqueClass
{int times = 0;
public:UniqueClass(int a): _data(new int(a)){}~UniqueClass(){delete _data;_data = nullptr;}// 深拷贝构造函数//UniqueClass(const UniqueClass& rhs)//	：_data(new int(*rhs.data))//{//	cout << "Call desctructor";//	times++;//	cout << times << endl;//}//在这段代码中，rhs 不是指针，而是一个 UniqueClass 类型的引用。// *rhs._data 是对 rhs 对象的 _data 成员指针进行解引用。UniqueClass(const UniqueClass& rhs): _data(new int(*rhs._data)) // 修复了错误的冒号和成员变量名称{cout << "Call constructor";times++;cout << times << endl;}/*1.	UniqueClass(const UniqueClass & rhs) 是 UniqueClass 的拷贝构造函数。它接受一个 UniqueClass 类型的常量引用 rhs 作为参数。2.	: _data(new int(*rhs._data)) 是成员初始化列表的一部分。它的作用是初始化 _data 成员变量。3.	rhs._data 是对 rhs 对象的 _data 成员指针的访问。4. * rhs._data 是对 rhs._data 指针的解引用，获取指针指向的整数值。5.	new int(*rhs._data) 创建了一个新的 int 对象，并将 * rhs._data 的值复制到这个新的 int 对象中。然后将新创建的 int 对象的指针赋值给 _data 成员变量。这样做的目的是在拷贝构造函数中为新对象分配一个新的内存空间，并将原对象的 _data 成员指针指向的值复制到新对象的 _data 成员指针指向的内存中。这确保了每个 UniqueClass 对象都有自己独立的 _data 内存空间，避免了多个对象共享同一块内存，从而防止潜在的内存管理问题。*//*传入的参数可以修改，修改后不可以再使用，最好当成右值使用*///移动构造函数的写法(C++11 移动构造函数，接受右值)// 拷贝指针，并断掉源对象对内存的引用（置空）// 如果传入参数本身是右值，没有任何副作用，因为调用结束，它就不在了// 但传入的如果是个左值转换来的右值，那要注意，充当了右值，右值的语义就是临时的，// 转瞬即时的，所以这个左值也应看成已逝的事物，不可以再使用UniqueClass(UniqueClass&& rhs):_data(rhs._data){rhs._data = nullptr;}// C++11 移动赋值运算符，接受右值，和移动构造同理UniqueClass& operator=(UniqueClass&& rhs){_data = rhs._data;rhs._data = nullptr;}private:int* _data;
};

2.1 代码解析

• 拷贝构造函数：创建新对象时，为 _data 申请新的内存，保证对象的独占性。
• 移动构造函数：从右值拷贝指针，并将原对象的指针置空，避免重复释放内存。
• 移动赋值运算符：清理当前对象的内存，然后从右值拷贝指针，并清空右值的指针。

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3. 拷贝构造：共享语义（Shared Ownership）

SharedClass 采用引用计数管理共享的内存。

class SharedClass
{
public:static int count; // 静态引用计数int* _data;SharedClass(int a) : _data(new int(a)) {}// 拷贝构造，拷贝指针，增加引用计数SharedClass(const SharedClass& r): _data(r._data){count++;}// 拷贝赋值，拷贝指针，增加引用计数SharedClass& operator=(const SharedClass& r){if (this != &r){_data = r._data;count++;}return *this;}// 析构时注意减少引用计数，归0时释放堆内存~SharedClass(){--count;if (count == 0){delete _data;}}
};int SharedClass::count = 1;

3.1 代码解析

• 引用计数 count：确保多个对象共享同一块内存。
• 拷贝构造函数：增加引用计数。
• 析构函数：当 count == 0 时，释放 _data。

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4. 智能指针 std::unique_ptr 和 std::shared_ptr

C++ 提供 std::unique_ptr 和 std::shared_ptr，分别对应独占语义和共享语义。

void testSmartPointer()
{std::unique_ptr<int> unique1 = std::make_unique<int>(10);// std::unique_ptr<int> unique2 = unique1; // 错误：无法复制 unique_ptrstd::shared_ptr<int> share1 = std::make_shared<int>(10);std::shared_ptr<int> share2 = share1;cout << "share2 use_count() = " << share2.use_count() << endl;
}

4.1 代码解析

• std::unique_ptr 禁止拷贝，确保对象独占内存。
• std::shared_ptr 可以拷贝，使用引用计数管理内存。

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5. 移动语义（Move Semantics）

void testMoveSemantic()
{UniqueClass u1(10);cout << "u1.data = " << u1._data << endl; cout << "*(u1)._data = " << * (u1)._data << endl; //UniqueClass u2 = (UniqueClass&&)u1;//等价于UniqueClass u2 = std::move(u1);// move将uc1这个左值转为右值，即(UniqueClass&&)uc1;cout << "u2.data = " << u2._data << endl;cout << "*(u2)._data = " << *(u2)._data << endl;if (u1._data = nullptr){cout << "u1 is gone " << endl;}
}

5.1 代码解析

• std::move(u1) 将 u1 变为右值，调用移动构造函数。
• u1._data = nullptr，原对象 u1 失效。

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总结

方式	语义	内存管理	适用场景
std::unique_ptr	独占	不能拷贝	资源独占，如文件句柄
std::shared_ptr	共享	计数管理	共享资源，如缓存
拷贝构造	独占/共享	深拷贝/浅拷贝	具体需求
移动构造	独占	资源转移	避免临时对象开销

通过这些方法，我们可以更高效地管理 C++ 中的资源分配和释放，避免内存泄漏和重复释放。

深拷贝（独占）

• 拷贝的是 值，拷贝后 新对象与源对象完全独立。
• 析构一方 不影响 另一方。

浅拷贝（共享）

• 拷贝的是 指针/引用，拷贝后 新对象与源对象共享同一份内存。
• 析构一方后 另一方会受到影响。

为了防止 重复 delete，需要引入 引用计数，只有当 没有任何对象引用这块堆内存时，才释放它。

std::shared_ptr 实现的思路：

std::shared_ptr 通过 内部的引用计数 记录有多少个 shared_ptr 共享同一块内存，只有当 引用计数归零时，才释放资源。

#include <iostream>
#include <memory>using namespace std;void sharedPtrDemo()
{shared_ptr<int> p1 = make_shared<int>(10);{shared_ptr<int> p2 = p1;cout << "引用计数: " << p1.use_count() << endl;} // p2 作用域结束，引用计数减少cout << "引用计数: " << p1.use_count() << endl;
}