C++三种智能指针的用法及区别（unique_ptr、shared_ptr 和 weak_ptr）

注：本文以游戏开发应用为例进行讲解。

1. `unique_ptr`：独占所有权

unique_ptr是独占的，不能被复制或共享。它适用于游戏开发中那些需要唯一所有权的对象场景，例如游戏中的资源管理器或特定对象实例。以下是一个在游戏开发中的例子：

class Texture {};
class ResourceManager {
public:
    std::unique_ptr<Texture> loadTexture(const std::string& file) {
        return std::make_unique<Texture>();
    }
};

在游戏中，资源（如纹理、模型）通常只需要加载一次，并且由资源管理器负责管理这些资源的生命周期。资源对象的所有权只属于资源管理器，其他地方不应该持有这些资源的所有权。在这里，ResourceManager加载并管理Texture对象，通过unique_ptr确保每个纹理对象只能由资源管理器独占控制。

2. `shared_ptr`：共享所有权

shared_ptr适用于需要多个对象共享所有权的场景。当一个对象需要被多个地方引用时（如多个系统需要同时访问同一个游戏实体），shared_ptr能够确保对象在最后一个引用被释放后才销毁。

在游戏开发中，通常有一个场景管理器（SceneManager）和多个系统（例如物理系统、渲染系统），这些系统可能共享同一个实体。可以使用shared_ptr来管理这些实体。

class GameEntity {
public:
    GameEntity() { std::cout << "Entity created.\n"; }
    ~GameEntity() { std::cout << "Entity destroyed.\n"; }
};

void physicsSystem(std::shared_ptr<GameEntity> entity) {
    // 物理系统使用实体
}
void renderSystem(std::shared_ptr<GameEntity> entity) {
    // 渲染系统使用实体
}

int main() {
    std::shared_ptr<GameEntity> entity = std::make_shared<GameEntity>();

    physicsSystem(entity); // 物理系统共享该实体
    renderSystem(entity);  // 渲染系统也共享该实体

    // entity会在最后一个引用离开作用域后自动释放
    return 0;
}

这里，GameEntity被多个系统共享管理，只有当所有系统都不再使用该实体时，实体才会被销毁。

3. `weak_ptr`：避免循环引用

weak_ptr与shared_ptr配合使用，解决循环引用的问题。当两个对象相互引用时，会导致shared_ptr之间的循环引用，造成内存无法释放。weak_ptr不增加引用计数，常用于对象之间的弱引用。

假设在游戏中，一个父实体引用多个子实体，而每个子实体也需要访问父实体。这种双向引用可能会导致循环引用，可以通过weak_ptr来避免。

class GameEntity;
class ChildEntity {
public:
    std::weak_ptr<GameEntity> parent;
    ChildEntity(std::weak_ptr<GameEntity> p) : parent(p) {}
};

class GameEntity {
public:
    std::vector<std::shared_ptr<ChildEntity>> children;
    void addChild(std::shared_ptr<ChildEntity> child) {
        children.push_back(child);
    }
};

int main() {
    std::shared_ptr<GameEntity> parent = std::make_shared<GameEntity>();
    std::shared_ptr<ChildEntity> child = std::make_shared<ChildEntity>(parent);

    parent->addChild(child);

    // 使用weak_ptr避免循环引用
    return 0;
}

在这个例子中，ChildEntity对GameEntity的引用是通过weak_ptr实现的，避免了循环引用的问题，从而正确管理内存。