C++基础(九)-shared_ptr，weak_ptr与unique_ptr

1.定义

• shared_ptr 和 unique_ptr 是 C++11 引入的智能指针，用于自动管理动态内存，防止内存泄漏。它们的主要区别在于所有权语义。

2.使用

2.1 unique_ptr（独占指针）

2.1.1 简单使用

#include <memory>
// 创建独占指针
std::unique_ptr<int> ptr1 = std::make_unique<int>(42);
// 错误：不能复制
// std::unique_ptr<int> ptr2 = ptr1;
// 可以移动所有权
std::unique_ptr<int> ptr2 = std::move(ptr1);  // ptr1 现在为 nullptr
// 自定义删除器
auto deleter = [](int* p) { delete p; std::cout << "deleted\n"; };
std::unique_ptr<int, decltype(deleter)> ptr3(new int(10), deleter);

2.1.2 特点

• 独占资源所有权
• 离开作用域时自动释放内存
• 支持数组版本：unique_ptr<T[]>
• 可以自定义删除器

2.2 shared_ptr（共享指针）

#include <memory>
// 创建共享指针（推荐使用 make_shared）
std::shared_ptr<int> ptr1 = std::make_shared<int>(42);
// 可以复制，引用计数增加
std::shared_ptr<int> ptr2 = ptr1;  // 引用计数: 2
std::shared_ptr<int> ptr3 = ptr2;  // 引用计数: 3
// 一个指针离开作用域
{
    std::shared_ptr<int> ptr4 = ptr3;  // 引用计数: 4
}  // ptr4 销毁，引用计数: 3
// 自定义删除器
std::shared_ptr<int> ptr4(new int(100), [](int* p) {
    delete p;
    std::cout << "custom delete\n";
});

2.2 shared_ptr与weak_ptr（共享指针）

• 不会增加引用计数

#include <memory>
std::shared_ptr<int> sp = std::make_shared<int>(42);
// 创建 weak_ptr
std::weak_ptr<int> wp1 = sp;  // 从 shared_ptr 构造
std::weak_ptr<int> wp2;
// 赋值操作
wp2 = wp1;                    // ✅ 允许：weak_ptr 之间赋值
wp2 = sp;                     // ✅ 允许：从 shared_ptr 赋值
// wp2 = std::make_shared<int>(10);  // ✅ 也可以
std::cout << "sp.use_count() = " << sp.use_count() << std::endl;  // 输出: 1
// weak_ptr 赋值不会增加引用计数！

• weak_ptr 的关键方法

lock() - 安全获取 shared_ptr

#include <iostream>
#include <memory>
int main() {
    std::shared_ptr<int> sp = std::make_shared<int>(42);
    std::weak_ptr<int> wp = sp;
        // 方法1：检查后再打印
    std::shared_ptr<int> locked = wp.lock();
    if (locked) {
        std::cout << "wp指向的值: " << *locked << std::endl;
        std::cout << "引用计数: " << locked.use_count() << std::endl;  // 输出: 2
    } else {
        std::cout << "对象已销毁" << std::endl;
    }
        // 方法2：使用临时变量（推荐）
    if (auto sp2 = wp.lock()) {
        std::cout << "值: " << *sp2 << std::endl;
    }
        return 0;
}

2.2.1 注意

• weak_ptr 是一个观察者。本身不存储值，只存储一个指向控制块的指针
• 必须先 lock() 获取 shared_ptr 才能访问值
• lock() 会增加引用计数（临时增加）-
• 如果对象已销毁，lock() 返回空的 shared_ptr

2.3 选择指南

• 默认使用 unique_ptr - 除非需要共享所有权
• 优先使用 make_unique/make_shared - 异常安全且高效
• 使用 shared_ptr 时注意循环引用 - 必要时使用 weak_ptr
• 避免裸指针与智能指针混用
• 不要使用 shared_ptr 管理数组 - 用 unique_ptr<T[]> 或 vector

总结

• unique_ptr: "这个资源只属于我，我负责释放"
• shared_ptr: "这个资源我们可以共享，最后一个使用者负责释放"
• 根据所有权的需求选择合适的智能指针，能有效避免内存泄漏，使代码更安全清晰。