unique_ptr的详细介绍

unique_ptr 的详细介绍及典型使用场景的测试用例:


1. unique_ptr 核心特性

  • 独占所有权:同一时刻只有一个 unique_ptr 拥有对象所有权
  • 不可复制(但可移动):禁止拷贝构造和拷贝赋值,避免意外的所有权共享
  • 零开销:与裸指针相比,无额外内存或性能开销(编译器优化后)
  • 自动释放:离开作用域时自动释放资源,保证异常安全

2. 基本用法测试用例

(1) 创建与释放
#include <memory>
#include <iostream>

class MyResource {
public:
    MyResource() { std::cout << "资源创建\n"; }
    ~MyResource() { std::cout << "资源释放\n"; }
    void use() { std::cout << "使用资源\n"; }
};

int main() {
    // 创建 unique_ptr(推荐使用 C++14 的 make_unique)
    std::unique_ptr<MyResource> ptr = std::make_unique<MyResource>();
    ptr->use();

    // 显式释放资源(可选)
    ptr.reset(); // 输出 "资源释放"
    return 0;
}

输出结果

资源创建
使用资源
资源释放

(2) 所有权转移
void transferOwnership(std::unique_ptr<MyResource> newOwner) {
    newOwner->use();
} // 函数结束时释放资源

int main() {
    std::unique_ptr<MyResource> owner = std::make_unique<MyResource>();
    
    // 转移所有权(移动语义)
    transferOwnership(std::move(owner)); 
    
    // 此时 owner 变为空指针
    if (!owner) {
        std::cout << "所有权已转移\n";
    }
    return 0;
}

输出结果

资源创建
使用资源
资源释放
所有权已转移

3. 高级用法测试用例

(1) 管理数组
#include <memory>
#include <iostream>
int main() {
    // 管理动态数组(自动调用 delete[])
    std::unique_ptr<int[]> arr = std::make_unique<int[]>(5);
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        arr[i] = i * 10;
    }

    // 输出数组内容
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::cout << arr[i] << " ";
    }
    return 0;
}

输出结果

0 10 20 30 40

(2) 自定义删除器
#include <cstdio>
#include <memory>
#include <iostream>
// 自定义文件句柄释放逻辑
struct FileDeleter {
    void operator()(FILE* file) const {
        if (file) {
            std::fclose(file);
            std::cout << "文件已关闭\n";
        }
    }
};

int main() {
    // 使用自定义删除器管理文件
    std::unique_ptr<FILE, FileDeleter> filePtr(
        std::fopen("test.txt", "w"), 
        FileDeleter{}
    );

    if (filePtr) {
        std::fputs("Hello unique_ptr", filePtr.get());
    }
    return 0;
}

输出结果

文件已关闭

(3) 作为函数返回值
#include <memory>
#include <iostream>

class MyResource {
public:
    MyResource() { std::cout << "资源创建\n"; }
    ~MyResource() { std::cout << "资源释放\n"; }
    void use() { std::cout << "使用资源\n"; }
};
std::unique_ptr<MyResource> createResource() {
    return std::make_unique<MyResource>();
}

int main() {
    auto res = createResource();
    res->use();
    return 0;
}

输出结果

资源创建
使用资源
资源释放

4. 常见错误规避

(1) 禁止拷贝操作
std::unique_ptr<MyResource> ptr1 = std::make_unique<MyResource>();
std::unique_ptr<MyResource> ptr2 = ptr1; // 编译错误!
(2) 正确释放后访问
auto ptr = std::make_unique<MyResource>();
ptr.reset(); // 释放资源
ptr->use();  // 未定义行为(程序可能崩溃)

5. unique_ptrshared_ptr 对比

特性unique_ptrshared_ptr
所有权独占共享
性能开销引用计数原子操作
拷贝语义禁止(仅移动)允许
典型场景工厂模式、资源独占管理多对象共享资源

6. 最佳实践总结

  • 优先使用 make_unique(C++14+):避免显式 new,保证异常安全
  • 明确所有权转移:通过 std::move 传递所有权
  • 避免与裸指针混用:不直接暴露 get() 获得的指针
  • 自定义删除器:灵活管理非内存资源(文件、网络连接等)

通过合理使用 unique_ptr,可以显著提高代码的 资源安全性可维护性

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