C++ 智能指针

在 C++ 中，智能指针是管理动态内存的核心工具，它通过 RAII（资源获取即初始化）机制自动释放不再使用的对象，避免内存泄漏。

本文将深入解析四种智能指针的设计理念、用法及典型场景。

一、智能指针的核心要求 自动内存管理 对象生命周期结束时，自动释放所管理的内存。

防止悬空指针 避免多个指针指向同一对象，导致重复释放。

支持移动语义 允许资源所有权的安全转移。

线程安全（部分场景） 在多线程环境中正确处理引用计数

1.auto_ptr：被淘汰的先驱

特性： 早期智能指针，通过转移所有权（赋值时释放原指针）实现资源管理。

已被 C++11 弃用，改用unique_ptr。

auto_ptr<int> p1(new int(42));
auto_ptr<int> p2 = p1;  // p1所有权转移给p2，p1变为nullptr

 问题： 赋值操作会静默转移所有权，可能导致意外的悬空指针

void func(auto_ptr<int> p) { /* ... */ }

auto_ptr<int> ptr(new int(10));
func(ptr);  // ptr的所有权被转移到函数参数，调用后ptr变为nullptr

2.unique_ptr：独占所有权

严格独占资源，禁止拷贝，但支持移动

// 创建与初始化
unique_ptr<int> p1(new int(42));
unique_ptr<int> p2 = make_unique<int>(42);  // C++14推荐写法

// 移动语义
unique_ptr<int> p3 = std::move(p2);  // p2变为nullptr

// 禁止拷贝
// unique_ptr<int> p4 = p3;  // 编译错误！

3.shared_ptr：共享所有权

通过引用计数实现资源共享，最后一个持有者释放时销毁对象。 

// 创建与引用计数
shared_ptr<int> p1 = make_shared<int>(42);  // 计数=1
shared_ptr<int> p2 = p1;                    // 计数=2
cout << p1.use_count() << endl;             // 输出: 2

// 自定义删除器
shared_ptr<FILE> file(fopen("test.txt", "r"), fclose);

share_ptr有一个安全隐患就是循环引用

我们先来看下面这个例子

这就是share_ptr的缺陷

4.weak_ptr：解决循环引用

弱引用，不增加引用计数，用于观测shared_ptr管理的对象。

shared_ptr<int> sp = make_shared<int>(42);
weak_ptr<int> wp = sp;  // 不增加引用计数

cout << wp.use_count() << endl;  // 输出: 1
if (!wp.expired()) {             // 检查对象是否存活
    shared_ptr<int> sp2 = wp.lock();  // 获取shared_ptr
}

 修复循环引用：

class A;
class B;

class A
{
public:
	weak_ptr<B>ptr;
	A() {
		cout << "A()" << endl;
	}
	~A() {
		cout << "~A()" << endl;
	}
};

class B {
public:
    shared_ptr<A> ptr;
	B(){
		cout << "B()" << endl;
	}
	~B(){
		cout << "~B()" << endl;
	}
};

int main(void) {
	shared_ptr<A>pa = make_shared<A>();
	 shared_ptr<B>pb = make_shared<B>();
	pa->ptr = pb;
	pb->ptr = pa;
	return 0;
}

 

同理我们也可以让B类的ptr是weak_ptr 这样就是A先析构了！！！运行结果和我们预料的完全一样

 

但是这个地方切记不要将A类和B类的ptr同时设置成 weak_ptr

若双方都用 weak_ptr，则没有对象拥有实际所有权，可能导致资源提前释放：

// 错误示例：双方都用weak_ptr
class A { weak_ptr<B> ptr; };
class B { weak_ptr<A> ptr; };

int main() {
    auto pa = make_shared<A>();  // pa计数=1
    auto pb = make_shared<B>();  // pb计数=1
    
    pa->ptr = pb;  // 不增加pb计数
    pb->ptr = pa;  // 不增加pa计数
    
    // main结束时：
    // pa和pb的计数均降为0，A和B被销毁
    // 此时双方的weak_ptr都悬空！
}

5.补充

如果只有一个A类 并且这个A类的指针指向自己呢？

 

如果这个地方换成weak_ptr 问题就可以解决啦！！！