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C++内存共享与引用计数管理方法

P粉602998670

发布： 2025-09-10 08:00:02

原创

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引用计数通过共享资源关联计数实现高效内存管理，如std::shared_ptr；手动实现需管理指针与计数，注意线程安全与释放；标准库智能指针自动处理，避免循环引用用weak_ptr。

c++内存共享与引用计数管理方法

在C++中，内存共享与引用计数是实现资源高效管理的重要手段，尤其适用于多个对象共享同一块数据的场景，比如智能指针、字符串、图像数据等。通过引用计数，可以避免重复拷贝带来的性能损耗，同时确保资源在不再被使用时安全释放。

引用计数的基本原理

引用计数是一种简单的垃圾回收机制：每个共享资源关联一个计数器，记录当前有多少对象正在使用它。每当有新对象指向该资源，计数加一；当对象析构或解除引用，计数减一；当计数归零，说明资源无引用，可安全释放。

关键点：

计数器通常与共享数据一同分配在堆上
所有共享者持有指向数据和计数器的指针
增减引用需保证线程安全（在多线程环境下）

手动实现共享内存与引用计数

可以封装一个简单的共享数据结构：

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struct SharedData {
    int* data;
    int ref_count;
<pre class='brush:php;toolbar:false;'>SharedData(int value) : data(new int(value)), ref_count(1) {}
~SharedData() { delete data; }

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};

class SharedInt { private: SharedData* ptr;

public: SharedInt(int value) : ptr(new SharedData(value)) {}

SharedInt(const SharedInt& other) : ptr(other.ptr) {
    ++ptr->ref_count;
}

SharedInt& operator=(const SharedInt& other) {
    if (ptr != other.ptr) {
        release();
        ptr = other.ptr;
        ++ptr->ref_count;
    }
    return *this;
}

~SharedInt() {
    release();
}

int get() const { return *ptr->data; }
void set(int value) { *ptr->data = value; }

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private: void release() { --ptr->ref_count; if (ptr->ref_count == 0) { delete ptr; } } };

这个例子展示了如何通过构造、拷贝、赋值和析构管理引用计数。注意赋值操作中需防止自赋值，并在旧资源无引用时释放。

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使用标准库智能指针进行内存共享

C++标准库提供了 std::shared_ptr，基于引用计数实现自动内存管理，是推荐的现代C++做法。

用法示例：

#include <memory>
#include <iostream>
<p>std::shared_ptr<int> p1 = std::make_shared<int>(42);
std::shared_ptr<int> p2 = p1;  // 引用计数变为2</p><p>std::cout << "value: " << *p1 << ", ref_count: " << p1.use_count() << "\n";</p><p>{
std::shared_ptr<int> p3 = p1;  // 计数变为3
} // p3析构，计数减为2</p><p>// p1, p2 仍有效
<em>p2 = 100;
std::cout << "new value: " << </em>p1 << "\n";
// 离开作用域后，计数归零，内存自动释放</p>

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std::shared_ptr 自动处理线程安全的引用计数（控制块的引用计数操作是原子的），但所指向对象的访问仍需额外同步。