C++ 的强大之处在于其对内存管理的精细控制,但这也带来了不少难题:内存泄漏、悬垂指针、重复释放……传统 new/delete
风险极高。
为了解决这一问题,C++11 引入了**智能指针(Smart Pointer)**机制,包括 std::unique_ptr
、std::shared_ptr
和 std::weak_ptr
,极大地简化了资源管理,减少了人为错误。
本文将深入解析智能指针的核心原理、适用场景、内部实现机制,并结合实际案例展示其在现代 C++ 项目中的应用。
智能指针是 C++ 标准库中提供的一种模板类,用于管理动态分配的对象的生命周期。当不再有智能指针指向该对象时,它会自动释放资源,避免手动 delete
。
cpp复制编辑#include<memory>#include<iostream>classMyClass {
public:
MyClass() { std::cout << "Constructed\n"; }
~MyClass() { std::cout << "Destructed\n"; }
};
intmain() {
std::unique_ptr<MyClass> ptr1 = std::make_unique<MyClass>();
// std::unique_ptr<MyClass> ptr2 = ptr1; // 错误,不能复制
std::unique_ptr<MyClass> ptr2 = std::move(ptr1); // 合法
}
cpp复制编辑std::unique_ptr<FILE, decltype(&fclose)> fp(fopen("file.txt", "r"), &fclose);
shared_ptr
销毁时释放对象cpp复制编辑#include<memory>
std::shared_ptr<int> p1 = std::make_shared<int>(42);
std::shared_ptr<int> p2 = p1; // 引用计数 +1
可以通过 use_count()
查看引用数量:
cpp复制编辑std::cout << "Use count: " << p1.use_count() << std::endl;
cpp复制编辑voiduseResource(std::shared_ptr<int> ptr) {
std::cout << "Value: " << *ptr << std::endl;
}
cpp复制编辑structB; structA { std::shared_ptr<B> bptr; }; structB { std::shared_ptr<A> aptr; };
这种结构会导致引用计数永远不为零,资源无法释放。
shared_ptr
的循环引用lock()
获取有效对象cpp复制编辑std::shared_ptr<int> sp = std::make_shared<int>(100);
std::weak_ptr<int> wp = sp;
if (auto spt = wp.lock()) {
std::cout << "Still valid: " << *spt << std::endl;
}
cpp复制编辑auto ptr1 = std::make_unique<MyClass>();
auto ptr2 = std::make_shared<MyClass>();
相比直接用 new
更推荐使用 make_xxx
方式。
场景 | 推荐使用 |
---|---|
独占资源 | unique_ptr |
共享资源 | shared_ptr |
弱引用、防止循环引用 | weak_ptr |
资源数组管理 | unique_ptr<T[]> |
shared_ptr
管理对象中泄漏 this
enable_shared_from_this
一个 shared_ptr
通常由两部分组成:
当引用计数归零时,资源销毁;当弱引用计数归零时,控制块销毁。
make_shared
与 make_unique
提供构造函数和内存分配的原子性,减少中间状态导致的内存泄漏。
cpp复制编辑structNode {
std::string name;
std::vector<std::shared_ptr<Node>> children;
std::weak_ptr<Node> parent;
Node(const std::string& n) : name(n) {}
};
auto root = std::make_shared<Node>("root");
auto child = std::make_shared<Node>("child");
child->parent = root;
root->children.push_back(child);
这样设计可以确保节点之间互联而不会造成内存泄漏。
cpp复制编辑classResourceWrapper {
std::unique_ptr<Resource> res;
public:
ResourceWrapper() : res(std::make_unique<Resource>()) {}
};
cpp复制编辑std::vector<std::unique_ptr<MyClass>> objects;
objects.push_back(std::make_unique<MyClass>());
将 shared_ptr
作为模块之间传递资源的手段,安全性高,逻辑清晰。
特性 | 裸指针 | 智能指针 |
---|---|---|
是否自动释放 | 否 | 是 |
是否支持所有权语义 | 否 | 是 |
是否支持引用计数 | 否 | 是(shared_ptr) |
是否线程安全 | 否 | 是(部分) |
智能指针使得 RAII 模式在现代 C++ 中成为主流。
C++ 智能指针技术是现代内存管理的核心部分。熟练掌握 unique_ptr
、shared_ptr
和 weak_ptr
,不仅能写出更健壮、安全的代码,还能降低资源泄漏、悬垂指针等低级错误风险。
关键要点回顾:
unique_ptr
管理独占资源shared_ptr
管理共享资源weak_ptr
避免循环引用make_shared
/ make_unique
作者: 小菜菜编程, 来源:面包板社区
链接: https://mbb.eet-china.com/blog/uid-me-4114532.html
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