C++智能指针性能测试 内存占用分析

智能指针有性能开销，unique_ptr内存占8字节、性能高，shared_ptr占16字节且有控制块分配和原子操作开销，weak_ptr用于防循环引用但lock有开销。

智能指针在现代C++中广泛用于自动内存管理，常见的有 std::unique_ptr、std::shared_ptr 和 std::weak_ptr。虽然它们提升了代码的安全性和可维护性，但也会带来一定的性能开销。本文从内存占用和运行时性能两个角度，分析这三种智能指针的实际影响。

内存占用对比

不同智能指针的内存开销差异显著，主要取决于其内部实现机制：

• std::unique_ptr：通常只包含一个指向对象的指针。在大多数实现中，其大小等于一个原生指针（如64位系统上为8字节），无额外内存开销。
• std::shared_ptr：需要维护引用计数和弱引用计数，通常包含两个指针——一个指向管理块（控制块），一个指向实际对象。管理块中包含引用计数、弱引用计数和可能的删除器。因此，shared_ptr 的大小是两个指针（64位下为16字节），且每次创建都会在堆上分配控制块，带来额外内存开销。
• std::weak_ptr：大小与 shared_ptr 相同（16字节），也指向同一个控制块，但不增加强引用计数，仅用于避免循环引用。

以64位系统为例，一个 unique_ptr<int> 占8字节，而 shared_ptr<int> 占16字节，且每次创建还需额外32字节左右用于控制块（包含计数和类型信息）。

性能开销分析

运行时性能主要体现在构造、析构、复制和访问操作上：

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• unique_ptr：移动构造和析构接近原生指针，无原子操作，性能极高。复制被禁用，避免意外开销。
• shared_ptr：每次复制或赋值都需要原子操作递增引用计数，析构时递减。这些操作在多线程环境下有显著开销。频繁的 shared_ptr 拷贝可能导致缓存未命中和性能下降。
• weak_ptr：锁定（lock）操作需原子操作检查控制块状态，成功返回 shared_ptr，失败返回空。频繁调用 lock 可能成为瓶颈。

实测场景中，连续创建并释放100万个对象：

• 使用 unique_ptr 耗时约 15ms
• 使用 shared_ptr 耗时约 45ms（包含控制块分配和原子操作）

使用建议

根据实际需求选择合适的智能指针，避免过度使用 shared_ptr：

• 单所有权场景优先使用 unique_ptr，性能最佳。
• 需要共享所有权时再使用 shared_ptr，注意避免频繁拷贝。
• 配合 weak_ptr 解决循环引用问题，但不要滥用。
• 对性能敏感的代码路径，考虑使用引用或原始指针（在安全前提下）。

基本上就这些。智能指针不是零成本抽象，理解其底层开销有助于写出高效又安全的C++代码。

以上就是C++智能指针性能测试 内存占用分析的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！