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C++如何用智能指针管理内存资源

荣姿康 2023-08-09C#

前言智能指针是C++中一种用于管理动态分配内存的工具，它是通过RAII（资源获取即初始化）技术来自动化资源管理的。在传统的C++中，手动管理内存往往容易导致内存泄漏、悬空指针以及二次释放等

前言

智能指针是C++中一种用于管理动态分配内存的工具，它是通过RAII（资源获取即初始化）技术来自动化资源管理的。在传统的C++中，手动管理内存往往容易导致内存泄漏、悬空指针以及二次释放等问题。而智能指针通过封装指针，并提供自动化的内存管理机制，可以免去手动释放内存的麻烦。

shared_ptr

shared_ptr是C++智能指针中最常用的一种。它采用引用计数的方式来管理内存资源，可以被多个智能指针对象共享。当创建一个shared_ptr对象时，它会维护一个引用计数，记录有多少个智能指针指向同一块内存。每当有一个新的shared_ptr指向这块内存时，引用计数就会增加；当有一个shared_ptr对象析构或重置时，引用计数就会减少。当引用计数为0时，表示没有任何智能指针指向这块内存，此时内存会被自动释放。

#include 

int main() {
    std::shared_ptr p1(new int(5)); // 创建一个shared_ptr对象指向int类型的动态内存
    std::shared_ptr p2 = p1; // 复制构造函数，引用计数加1
    std::shared_ptr p3(new int(10));

    std::cout << *p1 << std::endl; // 输出：5
    std::cout << *p2 << std::endl; // 输出：5

    p1.reset(); // 重置p1，引用计数减1
    std::cout << *p2 << std::endl; // 输出：5，p2仍然指向动态内存

    p2.reset(); // 重置p2，引用计数减1
    if (!p1 && !p2) {
        std::cout << "All shared_ptr objects have been destroyed." << std::endl;
    }

    p3.reset(); // 重置p3，引用计数减1，触发内存释放
    return 0;
}

unique_ptr

unique_ptr是C++11中引入的一种独占型智能指针，它采用了移动语义，即一个unique_ptr对象拥有对资源的独占访问权限。这意味着一个unique_ptr对象不能被复制或共享，并且当其析构时会自动释放内存。unique_ptr在编译时检查，可以确保资源的独占性，避免了多个指针同时操作一个对象的问题。

#include 

int main() {
    std::unique_ptr p1(new int(5)); // 创建一个unique_ptr对象指向int类型的动态内存

    std::cout << *p1 << std::endl; // 输出：5

    std::unique_ptr p2 = std::move(p1); // 移动语义，p1放弃对动态内存的控制权，p2接管资源

    if (!p1 && p2) {
        std::cout << "p1 is empty." << std::endl;
        std::cout << *p2 << std::endl; // 输出：5
    }

    return 0;
}

weak_ptr

weak_ptr是一种比shared_ptr更为弱化的智能指针，它不会增加指向对象的引用计数。weak_ptr不直接控制资源的生命周期，仅用于共享资源的检测，并提供了一种解决循环引用问题的方法。当一个对象被weak_ptr管理时，不会阻止该对象的销毁，即使没有其他shared_ptr指向它。可以通过weak_ptr的lock成员函数来获得一个shared_ptr对象，如果对象存在，则返回一个指向该对象的shared_ptr对象；否则返回空的shared_ptr。

#include 

struct Node {
    std::shared_ptr next;
};

int main() {
    std::shared_ptr node1(new Node());
    std::shared_ptr node2(new Node());

    node1->next = node2;
    node2->next = node1;

    std::weak_ptr weakPtr = node1->next; // weak_ptr指向node2

    std::shared_ptr sharedPtr = weakPtr.lock(); // 获得指向node2的shared_ptr

    if (sharedPtr) {
        std::cout << "Shared pointer is valid." << std::endl;
    } else {
        std::cout << "Shared pointer is expired." << std::endl;
    }

    return 0;
}