C++11-智能指针全面总结

时间:2025/7/28 1:43:26来源：https://blog.csdn.net/qq_44660367/article/details/140892285 浏览次数:0次

C++11 智能指针及其使用方法详细总结

C++11 引入了几种智能指针，包括 std::unique_ptr, std::shared_ptr, 和 std::weak_ptr，用于简化动态内存管理，避免内存泄漏和悬挂指针问题。以下是每种智能指针的详细介绍及其使用方法。

1. `std::unique_ptr`

std::unique_ptr 是一种独占所有权的智能指针，不能被复制，但可以移动。它确保在其生命周期结束时自动释放所管理的对象。

创建和初始化：

// 使用 std::make_unique (推荐方法，C++14 引入)
auto ptr = std::make_unique<int>(10);// 使用 new (不推荐)
std::unique_ptr<int> ptr(new int(10));

所有权转移：

std::unique_ptr<int> ptr1 = std::make_unique<int>(10);
std::unique_ptr<int> ptr2 = std::move(ptr1); // ptr1 变为空指针

释放对象：

ptr.reset(); // 释放对象并将 ptr 置为空指针

获取裸指针：

int* rawPtr = ptr.get(); // 获取裸指针，不会释放对象

解引用：

std::cout << *ptr << std::endl; // 访问所管理对象的值

2. `std::shared_ptr`

std::shared_ptr 是一种共享所有权的智能指针，通过引用计数来管理对象的生命周期。当最后一个 std::shared_ptr 被销毁时，所管理的对象才会被释放。

创建和初始化：

// 使用 std::make_shared (推荐方法)
auto ptr = std::make_shared<int>(10);// 使用 new (不推荐)
std::shared_ptr<int> ptr(new int(10));

引用计数：

std::cout << ptr.use_count() << std::endl; // 获取引用计数

检查唯一所有者：

std::cout << std::boolalpha << ptr.unique() << std::endl; // 是否唯一所有者

释放对象：

ptr.reset(); // 释放对象并将 ptr 置为空指针，如果引用计数降为零则销毁对象

获取裸指针：

int* rawPtr = ptr.get(); // 获取裸指针，不会释放对象

解引用：

std::cout << *ptr << std::endl; // 访问所管理对象的值

3. `std::weak_ptr`

std::weak_ptr 是一种不控制对象生命周期的智能指针，必须与 std::shared_ptr 一起使用，通常用于解决循环引用问题。它不会增加引用计数。

创建和初始化：

std::shared_ptr<int> sharedPtr = std::make_shared<int>(10);
std::weak_ptr<int> weakPtr = sharedPtr;

检查对象是否已被销毁：

std::cout << std::boolalpha << weakPtr.expired() << std::endl; // 对象是否被销毁

提升为 shared_ptr：

if (auto lockedPtr = weakPtr.lock()) {std::cout << *lockedPtr << std::endl; // 成功提升并访问对象
} else {std::cout << "Object has been destroyed." << std::endl;
}

释放 weak_ptr：

weakPtr.reset(); // 将 weak_ptr 置为空

获取引用计数：

std::cout << weakPtr.use_count() << std::endl; // 获取引用计数

安全性和性能优化

使用 std::make_unique 和 std::make_shared 相比直接使用 new 更安全且性能更高：

异常安全性：std::make_unique 和 std::make_shared 在分配和构造对象时是一个原子操作，避免了使用 new 时可能的内存泄漏问题。例如：
```
auto ptr1 = std::make_unique<int>(10);
auto ptr2 = std::make_unique<int>(20); // 即使这里抛出异常，ptr1 也不会泄漏
```
性能优化：std::make_shared 通过将控制块和对象本身分配在同一块内存中，减少了内存分配次数，提高了性能。例如：
```
auto ptr = std::make_shared<int>(10); // 一次内存分配
```
简洁性和可读性：使用 std::make_unique 和 std::make_shared 使代码更简洁：
```
auto ptr = std::make_unique<int>(10); // 简洁且安全
```

总结

智能指针类型：
- std::unique_ptr：独占所有权，不能复制，只能移动。
- std::shared_ptr：共享所有权，通过引用计数管理对象生命周期。
- std::weak_ptr：不控制对象生命周期，用于解决循环引用问题。
推荐的初始化方法：
- std::make_unique (C++14 引入)：推荐用于 std::unique_ptr。
- std::make_shared：推荐用于 std::shared_ptr。
常用 API：
- reset()：释放对象并置空。
- release() (仅适用于 std::unique_ptr)：释放控制权并返回裸指针。
- get()：返回裸指针。
- use_count() (适用于 std::shared_ptr 和 std::weak_ptr)：返回引用计数。
- unique() (适用于 std::shared_ptr)：检查是否是唯一所有者。
- lock() (适用于 std::weak_ptr)：尝试提升为 std::shared_ptr。
- expired() (适用于 std::weak_ptr)：检查所指对象是否已被销毁。