C++STL容器与智能指针结合使用-C++-PHP中文网

C++STL容器与智能指针结合使用

P粉602998670

发布： 2025-09-19 11:02:01

原创

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智能指针与STL容器结合主要用于自动管理动态对象的生命周期，常见场景包括：1. 使用std::vector<std::unique_ptr<T>>管理独占所有权的对象集合，避免内存泄漏；2. 在树或图等复杂数据结构中，用std::shared_ptr实现共享节点，简化内存管理；3. 多线程环境下通过std::shared_ptr安全共享资源，防止悬挂指针。std::unique_ptr适用于单一所有者，不可复制但可转移；std::shared_ptr支持多所有者，但需警惕循环引用。为避免循环引用，应使用std::weak_ptr打破强引用环，如父子节点关系中子节点持有父节点的std::weak_ptr。除这两个外，标准库还提供std::weak_ptr，而Boost等库有扩展智能指针，但推荐优先使用标准智能指针以保证兼容性。

c++stl容器与智能指针结合使用

C++ STL容器和智能指针结合使用，主要是为了解决内存管理问题，避免手动

new/delete

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带来的风险，同时利用STL容器的便利性。核心在于，让容器持有智能指针，自动管理其中元素的生命周期。

使用STL容器存储智能指针，可以确保当容器销毁或者元素被移除时，智能指针会自动释放其所指向的内存。这避免了内存泄漏，也简化了代码。

智能指针与STL容器结合，有哪些常见应用场景？

管理动态分配的对象集合

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假设你需要维护一个动态分配的对象集合，比如一系列自定义类的实例。使用

std::vector<std::unique_ptr<MyClass>>

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可以让你轻松地添加、删除对象，而无需担心内存泄漏。例如：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <memory>

class MyClass {
public:
    MyClass(int value) : value_(value) {
        std::cout << "MyClass created with value: " << value_ << std::endl;
    }
    ~MyClass() {
        std::cout << "MyClass destroyed with value: " << value_ << std::endl;
    }

    int getValue() const { return value_; }

private:
    int value_;
};

int main() {
    std::vector<std::unique_ptr<MyClass>> myObjects;
    myObjects.push_back(std::make_unique<MyClass>(10));
    myObjects.push_back(std::make_unique<MyClass>(20));

    for (const auto& obj : myObjects) {
        std::cout << "Value: " << obj->getValue() << std::endl;
    }

    // 当 myObjects 销毁时，其中包含的 MyClass 对象也会自动被销毁
    return 0;
}

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在这个例子中，

std::unique_ptr

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确保了每个

MyClass

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对象只被一个智能指针拥有，防止了多个指针指向同一块内存导致的double free问题。当

myObjects

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超出作用域时，所有

MyClass

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对象都会被自动销毁。

实现复杂数据结构

某些数据结构，例如树或者图，通常需要动态分配节点。使用智能指针可以简化节点的内存管理。例如，你可以使用

std::shared_ptr

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来实现一个共享所有权的图结构，其中多个边可以指向同一个节点，而节点只有在没有边指向它时才会被销毁。

避免悬挂指针

当多个对象需要共享同一个资源时，使用

std::shared_ptr

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可以避免悬挂指针。例如，在一个多线程环境中，多个线程可能需要访问同一个对象。使用

std::shared_ptr

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可以确保对象只有在所有线程都完成访问后才会被销毁。

使用

std::unique_ptr

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和

std::shared_ptr

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有什么区别？何时使用哪个？

std::unique_ptr

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表示独占所有权，即一个对象只能被一个

std::unique_ptr

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拥有。这意味着你不能复制

std::unique_ptr

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，但可以转移所有权（使用

std::move

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）。适用于明确只有一个所有者的情况。

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std::shared_ptr

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表示共享所有权，多个

std::shared_ptr

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可以指向同一个对象。当最后一个指向该对象的

std::shared_ptr

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被销毁时，对象才会被销毁。适用于多个对象需要共享同一个资源的情况。

选择哪个取决于你的需求。如果只有一个所有者，使用

std::unique_ptr

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。如果需要共享所有权，使用

std::shared_ptr

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。需要注意的是，过度使用

std::shared_ptr

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可能会导致循环引用，从而造成内存泄漏。

如何避免在使用

std::shared_ptr

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时出现循环引用？

循环引用是指两个或多个对象互相持有对方的

std::shared_ptr

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，导致它们的引用计数永远不为零，从而无法被销毁。

避免循环引用的一种方法是使用

std::weak_ptr

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。

std::weak_ptr

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是一种不增加引用计数的智能指针。它可以用来观察一个对象，但不会阻止该对象被销毁。当对象被销毁时，

std::weak_ptr

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会自动变成空指针。

例如，考虑一个父子关系的场景：

#include <iostream>
#include <memory>

class Child; // 前向声明

class Parent {
public:
    std::shared_ptr<Child> child;
    ~Parent() { std::cout << "Parent destroyed" << std::endl; }
};

class Child {
public:
    std::shared_ptr<Parent> parent; // 如果这里用 shared_ptr，就会造成循环引用
    ~Child() { std::cout << "Child destroyed" << std::endl; }
};

int main() {
    std::shared_ptr<Parent> parent = std::make_shared<Parent>();
    std::shared_ptr<Child> child = std::make_shared<Child>();

    parent->child = child;
    child->parent = parent; // 循环引用

    // parent 和 child 都不会被销毁，导致内存泄漏
    return 0;
}

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为了解决这个问题，可以将

Child

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类中的

parent

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成员改为

std::weak_ptr

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：

#include <iostream>
#include <memory>

class Child; // 前向声明

class Parent {
public:
    std::shared_ptr<Child> child;
    ~Parent() { std::cout << "Parent destroyed" << std::endl; }
};

class Child {
public:
    std::weak_ptr<Parent> parent; // 使用 weak_ptr 打破循环引用
    ~Child() { std::cout << "Child destroyed" << std::endl; }
};

int main() {
    std::shared_ptr<Parent> parent = std::make_shared<Parent>();
    std::shared_ptr<Child> child = std::make_shared<Child>();

    parent->child = child;
    child->parent = parent; // 不再造成循环引用

    // parent 和 child 都会被正确销毁
    return 0;
}

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现在，