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C++ 常用的智能指针

news 2025/4/26 16:23:50

C++ 智能指针

一、智能指针类型概览

C++ 标准库提供以下智能指针（需包含头文件 <memory>）：

unique_ptr：独占所有权，不可复制，可移动
shared_ptr：共享所有权，用于引用计数
weak_ptr：观察 shared_ptr 对象，不增加计数

二、unique_ptr（独占指针）

核心特性：

唯一拥有指向对象的所有权
支持移动语义（所有权转移）
离开作用域自动释放内存

#include <iostream>
#include <memory>void unique_ptr_demo() {// 创建智能指针 (C++14推荐make_unique)std::unique_ptr<int> p1 = std::make_unique<int>(10);// 访问数据std::cout << *p1 << std::endl;  // 输出：10// 所有权转移std::unique_ptr<int> p2 = std::move(p1);std::cout << (p1 ? "非空" : "空") << std::endl;  // 输出：空
}int main() {unique_ptr_demo();return 0;
}

三、shared_ptr（共享指针）

核心特性：

通过引用计数共享所有权
最后一个指针销毁时释放内存
支持自定义删除器

#include <iostream>
#include <memory>class Data {
public:Data() { std::cout << "Data构造" << std::endl; }~Data() { std::cout << "Data析构" << std::endl; }
};void shared_ptr_demo() {std::shared_ptr<Data> p1;{ // 内部作用域auto p2 = std::make_shared<Data>();p1 = p2;  // 共享所有权std::cout << "引用计数: " << p1.use_count() << std::endl;  // 输出：2}std::cout << "引用计数: " << p1.use_count() << std::endl;  // 输出：1
}int main() {shared_ptr_demo();return 0;
}

share_ptr引起的循环引用的问题。循环引用就是内存泄漏。因为对象之间相互引用，使得引用计数永远不会变为 0 ，对象所占用的堆内存一直无法被释放。随着程序运行，不断出现这种循环引用的情况，会导致可用内存越来越少，最终可能使程序崩溃，或者引发系统性能问题。

#include <memory>
#include <iostream>class B;
class A {
public:std::shared_ptr<B> bptr;~A() {std::cout << "~A()" << endl;}
};class B {
public:std::shared_ptr<A> aptr;~B() {std::cout << "~B()" << endl;}
};int main() {std::shared_ptr<A> aa = std::make_shared<A>();std::shared_ptr<B> bb = std::make_shared<B>();aa->bptr = bb;bb->aptr = aa;return 0;
}

四、weak_ptr（弱指针）

weak_ptr 是一种弱引用智能指针，它指向由 shared_ptr 管理的对象，但不增加对象的引用计数
核心特性：

不增加引用计数
解决 shared_ptr 循环引用问题
必须转换为 shared_ptr 才能访问数据

#include <iostream>
#include <memory>class Node {
public:std::weak_ptr<Node> partner;  // 使用weak_ptr打破循环~Node() { std::cout << "节点销毁" << std::endl; }
};void weak_ptr_demo() {auto node1 = std::make_shared<Node>();auto node2 = std::make_shared<Node>();node1->partner = node2;node2->partner = node1;if(auto sp = node1->partner.lock()) { std::cout << "有效伙伴节点" << std::endl; }
}int main() {weak_ptr_demo();return 0;
}

五、编译与运行

编译命令：

g++ -std=c++14 -o smart_ptr_demo smart_ptr_demo.cpp

运行结果：

Data构造
引用计数: 2
引用计数: 1
Data析构
节点销毁
节点销毁

六、选择指南

指针类型	使用场景	性能开销
unique_ptr	独占资源的场景（90%日常使用）	无
shared_ptr	需要共享所有权的复杂场景	有
weak_ptr	解决循环引用或观察共享资源	低

最佳实践：