C++智能指针详解（从入门到精通：掌握shared_ptr、unique_ptr与weak_ptr）

为什么需要智能指针？

传统C++使用new和delete手动管理内存，但容易出错：

• 忘记delete → 内存泄漏
• 重复delete → 程序崩溃
• 异常导致delete未执行 → 资源未释放

智能指针通过RAII（Resource Acquisition Is Initialization）机制，在对象生命周期结束时自动释放资源，彻底解决上述问题。

1. unique_ptr：独占所有权

unique_ptr表示对资源的唯一拥有权，不能被复制，只能移动。当unique_ptr销毁时，它所管理的对象也会被自动删除。

#include <memory>#include <iostream>class MyClass {public:    MyClass(int val) : value(val) {        std::cout << "MyClass constructed with " << value << std::endl;    }    ~MyClass() {        std::cout << "MyClass destructed" << std::endl;    }    void print() { std::cout << "Value: " << value << std::endl; }private:    int value;};int main() {    // 创建unique_ptr    std::unique_ptr<MyClass> ptr = std::make_unique<MyClass>(42);        ptr->print();        // 移动所有权（不能复制）    std::unique_ptr<MyClass> ptr2 = std::move(ptr);        // 此时ptr为空，ptr2拥有对象    if (!ptr) {        std::cout << "ptr is now null" << std::endl;    }        return 0; // ptr2析构时自动释放MyClass对象}

输出结果会显示构造和析构过程，证明资源被安全释放。这是最轻量级的智能指针，性能接近原始指针。

2. shared_ptr：共享所有权

shared_ptr允许多个指针共享同一个对象，内部使用引用计数跟踪有多少个shared_ptr指向该对象。当最后一个shared_ptr销毁时，对象才被释放。

#include <memory>#include <iostream>int main() {    // 创建shared_ptr    std::shared_ptr<MyClass> ptr1 = std::make_shared<MyClass>(100);        {        std::shared_ptr<MyClass> ptr2 = ptr1; // 引用计数变为2        std::cout << "Reference count: " << ptr1.use_count() << std::endl;                // ptr2离开作用域，引用计数减为1    }        std::cout << "After ptr2 destroyed, count: "               << ptr1.use_count() << std::endl;        return 0; // ptr1析构，引用计数归0，对象被释放}

注意：应优先使用std::make_shared创建shared_ptr，它比直接new更高效且异常安全。

3. weak_ptr：观察者角色

weak_ptr是shared_ptr的“观察者”，不增加引用计数，用于解决循环引用问题。它不能直接访问对象，必须先转换为shared_ptr。

#include <memory>#include <iostream>class B;class A {public:    std::shared_ptr<B> b_ptr;    ~A() { std::cout << "A destroyed" << std::endl; }};class B {public:    std::weak_ptr<A> a_ptr; // 使用weak_ptr避免循环引用    ~B() { std::cout << "B destroyed" << std::endl; }};int main() {    auto a = std::make_shared<A>();    auto b = std::make_shared<B>();        a->b_ptr = b;    b->a_ptr = a; // weak_ptr不增加a的引用计数        // 检查weak_ptr是否有效    if (auto shared_a = b->a_ptr.lock()) {        std::cout << "A is still alive!" << std::endl;    }        return 0; // A和B都能被正确销毁}

如果没有weak_ptr，A和B互相持有对方的shared_ptr，引用计数永远不会归零，导致内存泄漏。

如何选择合适的智能指针？

• 默认选择：unique_ptr（性能最好，语义清晰）
• 需要共享所有权：使用shared_ptr
• 解决循环引用或观察对象：配合weak_ptr使用

总结

掌握C++智能指针是编写安全、高效C++代码的关键。通过合理使用shared_ptr、unique_ptr和weak_ptr，你可以告别手动内存管理的烦恼，专注于业务逻辑开发。记住：智能指针不是万能的，但不用它们是万万不能的！

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