C++学习系列（15）：C++ 智能指针（智能内存管理）

C++学习系列（15）：C++ 智能指针（智能内存管理）

1. 引言

在 C++ 早期，手动管理动态内存（new/delete）是一项复杂且容易出错的工作，内存泄漏 是 C++ 开发者最常见的问题之一。

为了解决这个问题，C++11 引入了 智能指针（Smart Pointer），它们可以 自动管理动态分配的对象，避免手动 delete。

本篇博客将介绍：

• 为什么需要智能指针
• 三种智能指针 unique_ptr、shared_ptr、weak_ptr
• 智能指针的使用场景
• 智能指针的最佳实践

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2. 为什么需要智能指针？

2.1 传统 new/delete 的问题

#include <iostream>

void foo() {
    int* p = new int(10);  // 动态分配内存
    std::cout << *p << std::endl;
    // ❌ 这里忘记 delete，导致内存泄漏！
}

📌 问题

• 忘记 delete 导致内存泄漏
• 可能出现 悬垂指针（指向已经释放的内存）
• 异常安全问题（抛异常时，可能不会执行 delete）

✅ 智能指针 解决这些问题，自动管理内存。

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3. unique_ptr（独占所有权）

3.1 unique_ptr 基本用法

#include <iostream>
#include <memory>  // 包含智能指针头文件

int main() {
    std::unique_ptr<int> ptr = std::make_unique<int>(10); // 自动管理内存
    std::cout << *ptr << std::endl;
    return 0; // 作用域结束时，自动释放内存
}

✅ unique_ptr 独占资源，不可复制，生命周期结束时自动释放内存

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3.2 unique_ptr 不能被复制

std::unique_ptr<int> p1 = std::make_unique<int>(10);
std::unique_ptr<int> p2 = p1;  // ❌ 编译错误

✅ unique_ptr 不能拷贝，但可以 std::move() 转移所有权

std::unique_ptr<int> p1 = std::make_unique<int>(10);
std::unique_ptr<int> p2 = std::move(p1);  // ✅ 允许

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4. shared_ptr（共享所有权）

shared_ptr 允许多个指针共享同一个对象，使用引用计数管理资源。

4.1 shared_ptr 基本用法

#include <iostream>
#include <memory>

int main() {
    std::shared_ptr<int> sp1 = std::make_shared<int>(20); // 创建智能指针
    std::shared_ptr<int> sp2 = sp1;  // 共享所有权

    std::cout << "引用计数：" << sp1.use_count() << std::endl; // 输出 2

    return 0; // 作用域结束，计数变为 0，自动释放
}

✅ shared_ptr 采用 引用计数，当 use_count() == 0 时释放资源

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4.2 shared_ptr 自动管理动态数组

std::shared_ptr<int[]> arr(new int[5]);  // ✅ 可以管理数组

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5. weak_ptr（弱引用）

weak_ptr 不会增加引用计数，用于解决 shared_ptr 循环引用 问题。

5.1 weak_ptr 解决循环引用

#include <iostream>
#include <memory>

struct B;
struct A {
    std::shared_ptr<B> bptr;
    ~A() { std::cout << "A 被销毁\n"; }
};

struct B {
    std::weak_ptr<A> aptr;  // ✅ 避免循环引用
    ~B() { std::cout << "B 被销毁\n"; }
};

int main() {
    std::shared_ptr<A> a = std::make_shared<A>();
    std::shared_ptr<B> b = std::make_shared<B>();

    a->bptr = b;
    b->aptr = a;  // ✅ 使用 weak_ptr，避免循环引用

    return 0;  // 作用域结束时，A 和 B 正确销毁
}

✅ 使用 weak_ptr 解决 shared_ptr 循环引用问题

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6. 智能指针最佳实践

指针类型	用途
unique_ptr	独占资源，适用于 局部对象
shared_ptr	共享资源，适用于 多个对象共享资源
weak_ptr	避免 shared_ptr 循环引用

📌 建议

• 优先使用 unique_ptr（性能最佳）
• 如果需要共享资源，使用 shared_ptr
• 避免循环引用时，使用 weak_ptr

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7. 总结

✅ unique_ptr 独占所有权，生命周期结束自动释放
✅ shared_ptr 引用计数管理，适用于多个对象共享资源
✅ weak_ptr 不增加引用计数，避免 shared_ptr 循环引用
✅ 智能指针帮助 C++ 进行安全、高效的内存管理

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📢 至此，C++学习系列全部 15 期完结！🎉 感谢大家的支持！🚀

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