现代C++智能指针有哪些类型 shared_ptr unique_ptr使用场景对比

c++++中的智能指针unique_ptr和shared_ptr通过raii机制自动管理内存生命周期，避免内存泄漏和野指针问题。1. unique_ptr强调独占所有权，资源只能被一个指针持有，不可复制只能移动，适用于单一所有者明确控制资源生命周期的场景，如工厂函数返回值、类成员变量、局部变量管理动态内存；2. shared_ptr允许多个指针共享资源，通过引用计数决定释放时机，适合生命周期依赖多个持有者的场景，如缓存机制、观察者模式、图结构节点、共享配置数据等；3. shared_ptr存在循环引用导致内存泄漏的风险，需引入weak_ptr打破循环，weak_ptr不增加引用计数，仅用于临时访问shared_ptr管理的对象；4. 实际项目中应优先考虑unique_ptr，因其轻量高效，只有在确实需要共享所有权时才使用shared_ptr，并警惕循环引用问题，合理使用weak_ptr规避风险。

现代C++中的智能指针，尤其是

unique_ptr

shared_ptr

unique_ptr

unique_ptr

shared_ptr

智能指针的核心价值与现代C++实践

在C++11及以后的版本里，智能指针几乎成了动态内存管理的标准答案。过去我们手动

new

delete

unique_ptr

unique_ptr

unique_ptr

unique_ptr

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而

shared_ptr

shared_ptr

shared_ptr

shared_ptr

shared_ptr

unique_ptr

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的适用场景与设计哲学

unique_ptr

unique_ptr

想想那些需要明确生命周期的资源：

• 工厂函数的返回值：一个函数负责创建对象，并将这个新创建的对象的所有权转移给调用者。例如：

  std::unique_ptr<MyClass> createMyObject() {
      return std::make_unique<MyClass>();
  }
  // 调用者获得所有权
  auto obj = createMyObject();

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  这里，

  createMyObject

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  函数创建了一个

  MyClass

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  实例，并将其所有权“移动”给了

  obj

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  。当

  obj

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  超出作用域时，

  MyClass

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  实例会被自动销毁。

• 类成员变量：当一个类内部包含一个动态分配的对象，并且这个对象的生命周期完全由该类的实例控制时。

  class ResourceManager {
  public:
      ResourceManager() : data_(std::make_unique<int>(100)) {}
      // ...
  private:
      std::unique_ptr<int> data_; // data_的生命周期与ResourceManager实例绑定
  };

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• 局部变量管理动态内存：在函数内部临时使用动态内存，但不需要将其所有权传递出去。

  void processLargeData() {
      std::unique_ptr<double[]> buffer = std::make_unique<double[]>(1024 * 1024);
      // 使用buffer进行计算
      // 函数结束时，buffer自动释放
  }

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  unique_ptr

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  的优势在于其零开销抽象：它在运行时几乎没有额外的性能负担，因为它不需要进行引用计数操作。它的所有权转移是通过C++11的移动语义实现的，这是一种非常高效的操作。所以，只要你能明确资源的单一所有权，就应该毫不犹豫地选择

  unique_ptr

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  。这不仅能提升性能，也能让代码的意图更加清晰。

shared_ptr

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的适用场景与潜在陷阱

shared_ptr

shared_ptr

典型的使用场景包括：

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• 缓存机制：多个客户端可能需要访问同一个缓存项。只要有客户端还在使用这个缓存项，它就应该存在。

• 观察者模式：一个主题对象可能被多个观察者共享，只要有观察者还“观察”着它，它就不应该被销毁。

• 图结构中的节点：图中的一个节点可能被多个其他节点引用，其生命周期取决于所有引用它的节点。

• 共享配置或数据：应用程序中多个模块需要访问同一份配置数据，并且这份数据的生命周期与所有模块相关。

  class Config { /* ... */ };
  std::shared_ptr<Config> globalConfig = std::make_shared<Config>();
  
  void moduleA(std::shared_ptr<Config> cfg) { /* 使用cfg */ }
  void moduleB(std::shared_ptr<Config> cfg) { /* 使用cfg */ }
  
  // moduleA和moduleB可以同时持有globalConfig的引用
  // 只有当所有shared_ptr都不再引用它时，globalConfig才会被销毁

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然而，

shared_ptr

shared_ptr

例如：

class B; // 前向声明

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

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

void test_circular_dependency() {
    auto a = std::make_shared<A>();
    auto b = std::make_shared<B>();

    a->b_ptr = b;
    b->a_ptr = a;
    // 此时a和b的引用计数都为2。
    // 当a和b离开作用域时，它们的引用计数会减到1，但永远不会到0，导致内存泄漏。
}

为了解决这个问题，C++引入了

std::weak_ptr

weak_ptr

shared_ptr

weak_ptr

lock()

shared_ptr

lock()

shared_ptr

class B;

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

class B {
public:
    std::weak_ptr<A> a_ptr; // 使用weak_ptr打破循环
    ~B() { std::cout << "B destroyed" << std::endl; }
};

void test_fixed_circular_dependency() {
    auto a = std::make_shared<A>();
    auto b = std::make_shared<B>();

    a->b_ptr = b;
    b->a_ptr = a; // 此时a的引用计数为1，b的引用计数为1
    // 当a和b离开作用域时，它们的引用计数都会减到0，对象会被正确销毁。
}

shared_ptr

unique_ptr

shared_ptr

如何在实际项目中选择合适的智能指针？

在实际的C++项目开发中，选择

unique_ptr

shared_ptr

1. 优先考虑

   unique_ptr

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   ： 这是最基本的原则。如果你能明确一个资源在任何时候都只有一个所有者，那么

   unique_ptr

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   就是你的首选。它更轻量、更高效，并且通过移动语义清晰地表达了所有权的转移。这就像是默认配置，除非有明确的理由，否则就用它。比如，一个函数创建了一个对象并返回，这个对象的所有权就应该被调用者独占。或者一个类成员变量，它的生命周期完全由这个类的实例决定。

2. 当且仅当需要共享所有权时才使用

   shared_ptr

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   ： 如果一个资源确实需要被多个不相关的部分共享，并且它的生命周期需要依赖于所有这些共享者的存在，那么

   shared_ptr

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   才是合理的选择。比如，一个配置对象，多个模块都需要读取它，并且它的存在依赖于至少一个模块正在使用它。或者一个缓存项，只要有客户端还在访问它，它就不能被销毁。使用

   shared_ptr

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   意味着你接受了额外的引用计数开销（通常是原子操作，这在多线程环境下是必要的），以及需要警惕循环引用的风险。

3. 警惕循环引用，必要时引入

   weak_ptr

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   ： 一旦你决定使用

   shared_ptr

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   ，就必须时刻留意潜在的循环引用问题。如果两个对象通过

   shared_ptr

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   相互持有对方，就形成了循环，导致内存泄漏。这时，

   weak_ptr

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   就是你的救星。它允许你观察一个由

   shared_ptr

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   管理的对象，但不参与引用计数。当你需要访问对象时，可以通过

   weak_ptr::lock()

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   将其提升为

   shared_ptr

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   ，如果对象已经不存在，

   lock()

   登录后复制
   会返回一个空的

   shared_ptr

   登录后复制
   。这在实现观察者模式、缓存或图结构时非常有用。

4. 从设计层面思考所有权语义： 在编写代码之前，先花点时间思考你正在处理的资源的“所有权”模型。这个资源是谁创建的？谁负责销毁它？它会同时被多少个地方使用？这些使用者之间是平等的共享关系，还是有明确的主次关系？一旦你对这些问题有了清晰的答案，选择合适的智能指针就水到渠成了。比如，如果一个对象是某个聚合类的一部分，并且其生命周期完全由聚合类控制，那么

   unique_ptr

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   就非常合适。如果一个对象是全局配置，被多个独立模块访问，并且它的生命周期取决于这些模块的共同需求，那么

   shared_ptr

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   就更恰当。

总的来说，现代C++的智能指针是解决内存管理难题的强大工具。理解

unique_ptr

shared_ptr

weak_ptr

以上就是现代C++智能指针有哪些类型 shared_ptr unique_ptr使用场景对比的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！