C++shared_ptr引用计数原理解析

shared_ptr通过引用计数管理对象生命周期，控制块存储强弱引用计数，确保线程安全的原子操作，避免重复释放与循环引用。

在C++中，shared_ptr 是一种智能指针，用于管理动态分配对象的生命周期。它通过引用计数机制实现自动内存管理，确保多个指针共享同一资源时，资源只在所有使用者都不再需要时才被释放。

引用计数的基本原理

每个 shared_ptr 实例指向一个控制块（control block），这个控制块包含两个关键计数：

• 强引用计数（use_count）：记录当前有多少个 shared_ptr 正在共享该对象。
• 弱引用计数（weak_count）：记录 weak_ptr 的数量，不影响对象的生命周期。

当一个新的 shared_ptr 指向同一个对象时，强引用计数加1；当某个 shared_ptr 被销毁或重新赋值时，强引用计数减1。一旦强引用计数变为0，说明没有 shared_ptr 再引用该对象，系统会自动调用 delete 释放对象内存。

控制块的创建与共享

控制块通常在第一个 shared_ptr 创建时分配，后续所有基于同一原始指针构造的 shared_ptr 都共享这个控制块。注意：只有通过拷贝构造或赋值操作才能正确共享控制块。

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例如：

如果使用原始指针多次初始化 shared_ptr，会导致多个独立的控制块，从而引发重复释放的问题，这是严重错误。

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线程安全性的考虑

标准规定，多个线程可以同时读取同一个 shared_ptr 对象是安全的。对不同的 shared_ptr 实例（即使它们共享同一对象），修改各自实例也是线程安全的。

但控制块中的引用计数更新必须是原子操作，大多数实现使用原子指令来保证多线程环境下 use_count 的增减不会出错。这意味着引用计数本身具有线程安全性，但所指向对象的访问仍需额外同步机制保护。

自定义删除器与内存布局

shared_ptr 支持自定义删除器，比如用于释放非堆内存、关闭文件句柄等。删除器会被复制到控制块中，在对象析构时调用。

控制块除了保存引用计数和删除器外，还可能包含分配器、类型信息等。它的内存通常与托管对象分开，但在使用 make_shared 时，系统会将控制块与对象一起分配，提升性能并减少内存碎片。

基本上就这些。shared_ptr 的引用计数机制看似简单，但背后涉及控制块管理、线程安全和内存效率等多个设计考量。理解其原理有助于避免常见陷阱，如循环引用或错误地多次构造 shared_ptr。不复杂但容易忽略细节。

以上就是C++shared_ptr引用计数原理解析的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！