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C++如何在类中管理动态资源与智能指针

P粉602998670

发布： 2025-09-07 10:57:01

原创

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智能指针用于自动管理动态资源，避免内存泄漏和重复释放。1. 使用 std::unique_ptr 实现独占所有权，禁止拷贝但支持移动，构造时获取资源，析构时自动释放；2. 使用 std::shared_ptr 实现共享所有权，通过引用计数管理资源，最后一个指针释放时回收资源；3. 避免循环引用需结合 std::weak_ptr；4. 优先使用 make_unique 和 make_shared 创建智能指针，禁止裸指针多次初始化智能指针，不将 this 直接绑定到智能指针。

c++如何在类中管理动态资源与智能指针

在C++中，类经常需要管理动态分配的资源，比如堆上的内存、文件句柄或网络连接。手动管理这些资源容易引发内存泄漏、重复释放或悬空指针等问题。使用智能指针可以有效避免这些问题，让资源管理更安全、更简洁。

为什么需要智能指针

当类中包含指向动态分配对象的裸指针时，必须在析构函数中手动释放内存，并确保拷贝构造函数和赋值操作符正确处理资源所有权。这遵循“三法则”（或“五法则”），容易出错。

智能指针通过自动管理生命周期，帮助我们遵守RAII（Resource Acquisition Is Initialization）原则：

资源在对象构造时获取
资源在对象析构时自动释放

常见的智能指针包括 std::unique_ptr、std::shared_ptr 和 std::weak_ptr，它们定义在 memory 头文件中。

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使用 unique_ptr 管理独占资源

当一个资源只能由一个对象拥有时，使用 std::unique_ptr 是最佳选择。它禁止拷贝，但支持移动语义。

示例：在类中管理一个动态对象

#include <memory>
#include <iostream>

class MyClass {
private:
    std::unique_ptr<int> data;

public:
    MyClass(int value) : data(std::make_unique<int>(value)) {
        std::cout << "Resource acquired: " << *data << "\n";
    }

    // 移动构造函数（可选，编译器通常自动生成）
    MyClass(MyClass&& other) noexcept = default;

    // 不允许拷贝
    MyClass(const MyClass&) = delete;
    MyClass& operator=(const MyClass&) = delete;

    ~MyClass() = default; // 自动释放资源
};

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在这个例子中，无需手动编写析构函数，unique_ptr 会在对象销毁时自动释放内存。

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使用 shared_ptr 管理共享资源

当多个对象需要共享同一个资源时，使用 std::shared_ptr。它通过引用计数跟踪有多少个指针指向同一资源，最后一个释放时自动回收。

示例：多个类实例共享一个配置对象

class Config {
public:
    int timeout;
    Config(int t) : timeout(t) { }
};

class NetworkService {
private:
    std::shared_ptr<Config> config;

public:
    NetworkService(std::shared_ptr<Config> c) : config(std::move(c)) {}

    void printTimeout() {
        std::cout << "Timeout: " << config->timeout << "s\n";
    }
};

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多个 NetworkService 实例可以共享同一个 Config 对象，无需担心谁负责删除。

注意循环引用问题：如果两个对象互相持有对方的 shared_ptr，引用计数永远不会归零。这时应使用 std::weak_ptr 打破循环。