C++shared_ptr与函数参数传递使用方法-C++-PHP中文网

传值用于共享所有权，确保对象生命周期；传const引用仅访问对象，效率更高；裸指针适用于零开销场景但风险高；多线程中应传值并同步对象访问。

c++shared_ptr与函数参数传递使用方法

C++中

shared_ptr

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作为函数参数传递，核心在于明确你希望函数如何参与到对象的生命周期管理中。简单来说，如果你希望函数成为对象的“共同所有者”之一，或者需要延长对象的生命周期，那就传值；如果函数只是想“观察”或使用对象，而不影响其生命周期，那么传

const

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引用是更高效且清晰的选择。至于裸指针或裸引用，那是在你对对象生命周期有绝对把握，且函数完全不涉及所有权管理时的选择，但风险也随之而来。

解决方案

在使用

shared_ptr

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作为函数参数时，有几种主要策略，每种都有其适用场景和考量：

传值 (Pass by Value):
```
void func(std::shared_ptr<MyClass> obj)
```
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- 何时使用： 当函数需要成为对象的一个新的共同所有者时。这意味着函数内部会持有对象的一个副本，并确保对象在函数执行期间，甚至在函数返回后，只要这个副本还存在，对象就不会被销毁。例如，将对象存储在一个容器中，或者将其传递给一个异步任务。
- 优点： 语义清晰，明确表示函数将共享所有权。在多线程环境中，将
```
shared_ptr
```
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  按值传递给新线程是确保对象生命周期的安全方式。
- 缺点： 会增加引用计数，并可能产生一次
```
shared_ptr
```
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  对象的拷贝开销（尽管通常只是指针和控制块的拷贝，开销不大）。
传
```
const
```
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引用 (Pass by
const
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Reference):
void func(const std::shared_ptr<MyClass>& obj)
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立即学习“C++免费学习笔记（深入）”；
- 何时使用： 这是最常见且推荐的方式，当函数只需要访问或使用
```
shared_ptr
```
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  所管理的对象，但不需要共享所有权，也不需要延长对象的生命周期时。函数只是一个“观察者”。
- 优点： 效率最高，不会增加引用计数，避免了
```
shared_ptr
```
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  对象的拷贝。语义明确，表示函数不会修改
```
shared_ptr
```
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  本身，也不会成为新的所有者。
- 缺点： 函数本身不会阻止对象被销毁。如果函数内部需要存储这个
```
shared_ptr
```
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  ，它必须显式地进行拷贝。
传非
```
const
```
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引用 (Pass by Non-
const
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Reference):
void func(std::shared_ptr<MyClass>& obj)
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- 何时使用： 比较少见，但当函数需要修改
```
shared_ptr
```
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  本身时（例如，将其
```
reset()
```
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  ，或者替换为另一个
```
shared_ptr
```
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  ）才使用。
- 优点： 允许函数直接操作传入的
```
shared_ptr
```
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  实例。
- 缺点： 容易引起混淆，因为所有权语义变得不那么直观。需要非常明确的理由才使用。
*传裸指针或裸引用 (Pass by Raw Pointer or Raw Reference): `void func(MyClass obj_ptr)
```
或
```
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void func(MyClass& obj_ref)`**
- 何时使用： 当函数完全不关心对象的生命周期，仅仅需要访问对象的数据或调用其方法时。这通常用于“sink”函数，它们只是处理数据，并且其执行时间严格在
```
shared_ptr
```
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  所管理对象的生命周期内。
- 优点： 零开销，最接近C语言的传统指针/引用传递。
- 缺点： 丧失了
```
shared_ptr
```
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  提供的所有权管理和自动内存释放的安全性。如果
```
shared_ptr
```
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  在函数执行期间提前释放了对象，将导致悬空指针/引用，引发未定义行为。这需要调用者和函数开发者之间有非常强的契约保证。

shared_ptr

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作为函数参数时，选择传值还是传引用，有什么讲究？

这确实是个值得深思的问题，很多时候，初学者会觉得“传引用更高效”，然后不加区分地使用。但实际上，这两种方式承载着完全不同的语义。

当你将

shared_ptr

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按值传递时，比如

void process(std::shared_ptr<Data> data)

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，你是在明确地告诉调用者和阅读代码的人：这个

process

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函数会获得

data

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对象的一个共享所有权。这意味着

data

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对象的引用计数会增加1。函数内部可以安全地存储这个

shared_ptr

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的副本，甚至在函数返回后，只要这个副本还存在，

data

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对象就不会被销毁。这在很多场景下非常有用，比如你有一个任务队列，需要将一个

shared_ptr

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对象提交给后台线程处理。如果按值传递，后台线程就拥有了它自己的

shared_ptr

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副本，确保了数据在处理期间的有效性，而不用担心原始的

shared_ptr

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提前失效。它是一种“我需要这份数据，并且我要确保它在我用完之前不会消失”的表达。

而当你选择按

const

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引用传递时，例如

void inspect(const std::shared_ptr<Data>& data)

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，你的意图是完全不同的。你是在说：

inspect

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函数只是想“看一眼”

data

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对象，使用它，但它不打算成为

data

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的任何所有者，也不打算影响

data

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的生命周期。引用计数不会增加。这通常是最高效的方式，因为它避免了引用计数的原子操作开销。这种方式适用于那些只读操作、打印日志、或者仅仅是临时访问对象内容的函数。它传递的是一种“我需要访问这份数据，但我相信它会活得比我长，或者说，我不需要为它的生命负责”的信号。如果函数内部需要存储这份数据，它必须显式地调用

std::shared_ptr<Data> my_copy = data;

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来创建自己的共享所有权。

所以，关键在于你函数的设计意图：是想共享所有权，还是仅仅想临时访问？这两种选择的背后，是对资源生命周期管理的不同策略。没有绝对的优劣，只有是否符合当前场景的设计需求。我个人经验是，如果拿不准，先考虑

const std::shared_ptr<T>&amp;

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，它通常是安全的默认选择。但如果涉及到异步、存储或任何可能延长对象生命周期的操作，那就果断传值。

什么时候应该考虑将

shared_ptr

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管理的对象以裸指针或裸引用形式传递？

这其实是一个关于信任和责任的边界问题。将

shared_ptr

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管理的对象以裸指针或裸引用形式传递（例如

void do_something(MyObject* obj)

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或

void do_something_else(MyObject& obj)

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），意味着你暂时放弃了

shared_ptr

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提供的智能管理，将对象的生命周期责任完全交还给了调用者。

那么，什么时候会这么做呢？

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一个常见的场景是，当你的函数是一个纯粹的“操作”函数，它只关心对对象进行某个操作，而完全不关心这个对象的创建、销毁或所有权。比如，一个

draw(const Shape& s)

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函数，它只负责把一个形状画出来。这个

Shape

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对象可能是由

shared_ptr

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管理的，也可能是栈上的，或者其他智能指针管理的。

draw

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函数根本不应该关心这些。它只需要一个有效的

Shape

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实例来执行它的绘图逻辑。

另一个情况是，当你知道你的函数执行周期非常短，并且严格嵌套在

shared_ptr

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的生命周期内。换句话说，你百分之百确定，在

do_something(obj_ptr)

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函数执行期间，那个

obj_ptr

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所指向的对象绝对不会被销毁。在这种情况下，使用裸指针或裸引用可以避免

shared_ptr

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的引用计数开销，尤其是在性能敏感的循环中。

然而，这种做法伴随着巨大的风险。一旦你的假设——即对象在函数执行期间不会被销毁——被打破，你就会遇到悬空指针/引用，导致程序崩溃或未定义行为。这种错误往往难以调试，因为它取决于复杂的生命周期交互。

所以，我的建议是：

优先使用
const std::shared_ptr<T>&
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，除非有明确的理由。
仅在以下情况考虑裸指针/引用：
- 函数是一个通用的算法，不应该被绑定到特定的所有权管理机制（比如
```
std::sort
```
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  接受迭代器）。
- 性能是极端关键的考量，并且你能够通过设计保证裸指针/引用的安全性（例如，函数是某个类的私有方法，且仅在
```
shared_ptr
```
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  保证存活的公有方法内部调用）。
- 函数签名需要兼容C风格API。
绝不将裸指针或裸引用存储起来，或者将其传递给异步操作，因为这几乎肯定会导致生命周期问题。它们应该只用于即时访问。

本质上，使用裸指针/引用是一种性能优化或通用性需求，但它要求开发者承担更多的生命周期管理责任。

shared_ptr

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在多线程环境下作为参数传递时，有哪些陷阱和最佳实践？

多线程环境下的

shared_ptr

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参数传递是一个需要格外小心的领域，因为这里面不仅涉及到对象本身的生命周期，还涉及线程同步和数据竞争。

一个常见的陷阱是对裸指针或裸引用的不当使用。想象一下，你有一个

shared_ptr<TaskData> data_ptr

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，然后你启动了一个新线程，并将

data_ptr.get()

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（即裸指针）传递给它。如果主线程在子线程完成工作之前，

data_ptr

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的引用计数降到零，导致

TaskData

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对象被销毁，那么子线程就会操作一个悬空指针，这几乎是灾难性的。

shared_ptr

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本身对引用计数的增减是线程安全的（原子操作），但这并不意味着它管理的对象也是线程安全的，更不意味着裸指针是安全的。

另一个陷阱是，即使你正确地传递了

shared_ptr

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，如果多个线程都持有同一个

shared_ptr

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的副本，并且同时修改它所管理的对象，那么就会发生数据竞争。

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只保证它自身的控制块是线程安全的，不保证

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类型的对象是线程安全的。例如，如果

TaskData

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内部有一个

int counter

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，多个线程同时调用

data_ptr->increment_counter()

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，而

increment_counter

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没有加锁，那

counter

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的值就可能出错。

那么，最佳实践是什么呢？

向新线程或异步任务传递
```
shared_ptr
```
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时，务必按值传递： 这是最安全、最推荐的做法。当你启动一个新线程或提交一个异步任务时，例如：
```
std::shared_ptr<MyData> data = std::make_shared<MyData>();
// ... 对data进行初始化 ...

std::thread t([data_copy = data]() { // data_copy 按值捕获
    // 在新线程中使用 data_copy
    data_copy->process();
});
t.detach(); // 或 t.join();
```
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通过按值捕获（C++11的lambda捕获列表）或者按值传递给函数参数，新线程会获得
```
shared_ptr
```
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的一个独立副本。这会增加引用计数，并确保
```
MyData
```
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对象在子线程完成其工作之前不会被销毁。这是确保对象生命周期在跨线程边界安全延伸的关键。

保护

shared_ptr

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所管理对象的内部状态： 如果多个线程需要访问同一个

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所管理的对象，并且其中至少有一个线程会修改对象的状态，那么你必须使用互斥锁（

std::mutex

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）、原子操作（

std::atomic

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）或其他同步原语来保护对象的内部数据。

class ThreadSafeData {
    mutable std::mutex mtx_; // mutable 允许在const方法中加锁
    int value_;
public:
    void increment() {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx_);
        value_++;
    }
    int get_value() const {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx_);
        return value_;
    }
};

std::shared_ptr<ThreadSafeData> shared_data = std::make_shared<ThreadSafeData>();
// 多个线程可以安全地调用 shared_data->increment() 或 shared_data->get_value()

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记住，

shared_ptr

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只保证其自身的线程安全，不保证它所指向的对象是线程安全的。

谨慎使用
```
std::weak_ptr
```
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来观察对象，避免循环引用： 在多线程或复杂对象图中，
```
weak_ptr
```
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是一个重要的工具。它允许你观察一个由
```
shared_ptr
```
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管理的对象，而不会增加其引用计数，从而避免循环引用导致的内存泄漏。当你需要访问对象时，可以尝试从
```
weak_ptr
```
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获取一个
```
shared_ptr
```
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（
```
weak_ptr::lock()
```
登录后复制
），如果对象仍然存活，你就会得到一个有效的
```
shared_ptr
```
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。这在缓存管理、事件监听器等场景中非常有用。虽然它不是直接的参数传递方式，但在多线程中管理对象生命周期时，它与
```
shared_ptr
```
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是密切相关的。