C++ 中的智能指针（Smart Pointer）是用于管理动态内存分配的工具，它们能够自动管理资源的生命周期，避免内存泄漏。智能指针是 C++11 标准引入的，通过模板类封装原生指针，实现资源的自动释放。主要的智能指针包括 std::shared_ptr 和 std::unique_ptr。
1. std::unique_ptr
std::unique_ptr 是一种独占所有权的智能指针，表示某个资源只能被一个指针管理。它确保同一资源在程序中只会有一个指针指向，当 std::unique_ptr 被销毁时，资源会被自动释放。
特点
- 独占所有权：
std::unique_ptr禁止拷贝操作，确保唯一所有权。 - 自动释放资源：当
std::unique_ptr超出作用域时，资源自动释放。 - 移动语义：可以通过
std::move转移所有权，但不能复制。
常用操作
- 创建和使用：使用
std::make_unique创建std::unique_ptr。 - 访问资源：通过
operator*和operator->访问资源。 - 释放资源：可以使用
reset手动释放资源。
示例代码
#include <iostream>
#include <memory> // 包含 unique_ptr 所在的头文件int main() {// 创建 unique_ptr 并指向一个动态分配的 intstd::unique_ptr<int> ptr = std::make_unique<int>(10);// 访问指针的值std::cout << "Value: " << *ptr << std::endl;// 不能复制 unique_ptr// std::unique_ptr<int> ptr2 = ptr; // 错误// 可以通过移动语义转移所有权std::unique_ptr<int> ptr2 = std::move(ptr);if (!ptr) {std::cout << "ptr is now nullptr after moving ownership." << std::endl;}return 0;
}
输出
Value: 10
ptr is now nullptr after moving ownership.
2. std::shared_ptr
std::shared_ptr 是一种共享所有权的智能指针，允许多个指针共享同一个资源。std::shared_ptr 内部维护一个引用计数，记录有多少个 shared_ptr 指向该资源。当最后一个 shared_ptr 被销毁时，资源会自动释放。
特点
- 共享所有权：多个
shared_ptr可以指向同一个资源。 - 引用计数：每个
shared_ptr维护资源的引用计数。 - 自动释放资源：当引用计数为 0 时，资源自动释放。
常用操作
- 创建和使用：使用
std::make_shared创建std::shared_ptr。 - 访问资源：通过
operator*和operator->访问资源。 - 引用计数：通过
use_count查看当前的引用计数。
示例代码
#include <iostream>
#include <memory> // 包含 shared_ptr 所在的头文件int main() {// 创建 shared_ptr 并指向一个动态分配的 intstd::shared_ptr<int> ptr1 = std::make_shared<int>(20);// 打印引用计数std::cout << "Reference count: " << ptr1.use_count() << std::endl;{// 创建一个新的 shared_ptr，指向相同资源std::shared_ptr<int> ptr2 = ptr1;std::cout << "Reference count after creating ptr2: " << ptr1.use_count() << std::endl;}// ptr2 超出作用域，引用计数减少std::cout << "Reference count after ptr2 goes out of scope: " << ptr1.use_count() << std::endl;return 0;
}
输出：
Reference count: 1
Reference count after creating ptr2: 2
Reference count after ptr2 goes out of scope: 1
3. std::weak_ptr
std::weak_ptr 是一种非拥有型的智能指针，用于解决 shared_ptr 的循环引用问题。它不会增加资源的引用计数，仅持有资源的一个弱引用，无法直接访问资源，需通过 lock 方法获得一个 shared_ptr 来使用。
示例代码
#include <iostream>
#include <memory>int main() {std::shared_ptr<int> sp = std::make_shared<int>(30);std::weak_ptr<int> wp = sp; // 使用 weak_ptr 指向同一资源std::cout << "Reference count: " << sp.use_count() << std::endl;if (auto spt = wp.lock()) { // 通过 lock 创建一个 shared_ptrstd::cout << "Weak pointer is valid, value: " << *spt << std::endl;} else {std::cout << "Weak pointer is expired." << std::endl;}sp.reset(); // 释放 shared_ptr 所有权if (wp.expired()) {std::cout << "Weak pointer is now expired." << std::endl;}return 0;
}
输出：
Reference count: 1
Weak pointer is valid, value: 30
Weak pointer is now expired.
总结
| 智能指针 | 特点 | 使用场景 |
|---|---|---|
std::unique_ptr | 独占所有权，不允许复制；可以通过 std::move 转移所有权 | 需要独占管理资源，避免拷贝操作 |
std::shared_ptr | 共享所有权，使用引用计数管理资源的生命周期 | 多个对象共享资源，需自动释放资源 |
std::weak_ptr | 非拥有型指针，不影响引用计数，用于解决循环引用问题 | 检查或跟踪资源是否仍然存在 |
std::unique_ptr 和 std::shared_ptr 提供了简单、灵活的资源管理方式，有效降低内存泄漏风险。而 std::weak_ptr 主要用于防止 shared_ptr 的循环引用。
