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 手动管理堆内存，但容易出错：

• 忘记 delete → 内存泄漏
• 重复 delete → 程序崩溃
• 异常导致提前退出 → 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 表示唯一拥有某个对象。它不能被复制，只能移动，确保同一时间只有一个 unique_ptr 指向该资源。

#include <memory>#include <iostream>int main() {    // 创建 unique_ptr    std::unique_ptr<int> ptr1 = std::make_unique<int>(42);        std::cout << "*ptr1 = " << *ptr1 << std::endl; // 输出: 42        // 移动所有权（不能复制！）    std::unique_ptr<int> ptr2 = std::move(ptr1);        // 此时 ptr1 为空    if (!ptr1) {        std::cout << "ptr1 is null now." << std::endl;    }        // ptr2 在作用域结束时自动 delete    // 无需手动 delete！    return 0;}

✅ 适用场景：当你确定资源只需要一个所有者时，优先使用 unique_ptr —— 它轻量、高效，且无运行时开销。

2. shared_ptr：共享所有权

shared_ptr 允许多个指针共享同一个对象。它内部维护一个引用计数，当最后一个 shared_ptr 被销毁时，对象才被释放。

#include <memory>#include <iostream>int main() {    // 创建 shared_ptr    std::shared_ptr<int> sp1 = std::make_shared<int>(100);        {        std::shared_ptr<int> sp2 = sp1; // 引用计数变为 2        std::cout << "use_count: " << sp1.use_count() << std::endl; // 输出: 2    } // sp2 离开作用域，引用计数减为 1        std::cout << "use_count after sp2 destroyed: "               << sp1.use_count() << std::endl; // 输出: 1        // sp1 离开作用域，引用计数为 0，自动 delete    return 0;}

⚠️ 注意：虽然 shared_ptr 很强大，但要小心循环引用问题——两个对象互相持有对方的 shared_ptr，导致引用计数永不归零，造成内存泄漏。这时就需要 weak_ptr！

3. weak_ptr：观察者角色

weak_ptr 是一种不增加引用计数的智能指针，用于安全地观察由 shared_ptr 管理的对象。它不能直接访问对象，必须先转换为 shared_ptr。

#include <memory>#include <iostream>int main() {    std::shared_ptr<int> sp = std::make_shared<int>(200);    std::weak_ptr<int> wp = sp; // 不增加引用计数        std::cout << "use_count with weak_ptr: " << sp.use_count() << std::endl; // 仍是 1        // 使用前必须检查对象是否还存在    if (auto temp_sp = wp.lock()) { // lock() 返回 shared_ptr 或空        std::cout << "Value via weak_ptr: " << *temp_sp << std::endl;    } else {        std::cout << "Object has been destroyed!" << std::endl;    }        return 0;}

✅ 典型用途：打破 shared_ptr 的循环引用，或在缓存、观察者模式中安全地持有对象引用。

如何选择合适的智能指针？

• 默认首选 unique_ptr —— 性能最好，语义清晰
• 需要共享所有权时，用 shared_ptr
• 为避免循环引用或仅需观察对象，用 weak_ptr

记住：永远不要使用裸指针（如 int*）管理动态分配的内存！现代C++的最佳实践就是全面拥抱C++智能指针。

总结

通过本教程，你已经掌握了 shared_ptr、unique_ptr 和 weak_ptr 的核心用法与适用场景。合理使用这些工具，不仅能写出更安全的代码，还能大幅提升程序的健壮性和可维护性。快去你的项目中试试吧！

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