《Effective Modern C++》学习笔记 - Item 19: 使用 std::shared_ptr 管理共享性资源（附MSVC源码解析）

最新推荐文章于 2025-07-29 12:44:51 发布

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#c++ #开发语言 #后端

本文详细介绍了C++11的智能指针std::shared_ptr，讨论了其如何结合垃圾回收的便利性和析构函数的可预期性。std::shared_ptr通过引用计数管理资源，其大小为两倍裸指针，控制块包含引用计数、weakcount和deleter。文章提到了潜在的循环引用问题和解决方案，以及std::shared_ptr与std::unique_ptr的区别。此外，还阐述了std::shared_ptr的构造、赋值、析构以及与this指针的交互，强调了避免从裸指针创建std::shared_ptr的重要性。

很多编程语言中垃圾回收（GC）的确是非常便利的特性，但它们执行的时间往往不可预期；而C++98的全手动资源管理又显得过于“原始”了一点。将能够自动进行操作（GC）以及操作的时机可预期（析构函数）这两个优势结合在一起的，就是C++11的 std::shared_ptr。
任一个 std::shared_ptr 都不拥有它管理的对象；但它们共同确保对象不再被需要时会被销毁。其中主要的实现机制是 引用计数（reference count）：一个资源被多少个 std::shared_ptr 指向的计数。std::shared_ptr 的大部分构造函数会使该值增加1（移动构造除外，左右抵消不需要增减，因此也比复制更快），析构函数会使该值减小1，复制赋值运算符同时增减（左减右加）。如果 std::shared_ptr 发现经自减后引用计数变为0，则销毁该对象。
性能上来说：
- std::shared_ptr 的大小是两倍裸指针，一个指针指向资源，一个指向引用计数（严格说是包含引用计数的 control block，见下文）。
- 引用计数占用的内存必须是动态分配的，因为被指向的对象本身对引用计数毫不知情，因此必须由 std::shared_ptr 对引用计数进行动态分配和管理。（笔者注：C++的对象模型不像Java等有一个公共基类Object，因此如果采取将实现引用计数的责任甩给用户类编写者的设计，则会大大限制 std::shared_ptr 的使用场景，也无法支持 built-in types。）
- 引用计数的自增和自减必须是原子操作，否则线程不安全，而原子操作相对较慢。
笔者注：到这里你可能会质疑循环引用的问题——的确，当出现循环引用时引用计数永远不会归零，造成内存泄漏。C++的解决办法是引入 std::weak_ptr，见下一节 Item 20 的讲解。
std::shared_ptr 默认也使用 delete 作为资源释放方式，支持自定义 deleter。但与 std::unique_ptr 设计不同的是，std::shared_ptr 的 deleter 不属于其类型的一部分，这样的设计使其更加灵活，例如可以将多个持有对象种类相同而 deleter 不同的对象互相赋值，或放在同一个容器中。（注：而 std::unique_ptr 的根本设计理念是 lightweight，zero-overhead，使用默认deleter还多占一个指针的空间是不可接受的。）

std::unique_ptr<Widget, decltype(customDeleter1)> upw(new Widget, customDeleter1);
std::shared_ptr<Widget> pw1(new Widget, customDeleter1);
std::shared_ptr<Widget> pw2(new Widget, customDeleter2);

std::vector<std::shared_ptr<Widget>> vpw{
   
    pw1, pw2 };
pw