【C++知识杂记1】智能指针及其分类

智能指针（smart pointer） 是 C++11 引入的一类 模板类 ，用来封装原始指针，自动管理堆内存的生命周期，避免出现 内存泄漏 和 悬空指针（野指针） 的问题。

当智能指针对象离开作用域时，它会自动调用 delete 来释放所管理的资源，从而实现 RAII（资源获取即初始化，Resource Acquisition Is Initialization） 思想。

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🧠 智能指针的种类

C++ 标准库（<memory> 头文件）提供了三种主要的智能指针：

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1. std::unique_ptr（独占智能指针）

• 特点 ：独占式所有权，一个资源只能由一个 unique_ptr 拥有。
• 拷贝 ：不允许拷贝，只能通过 std::move 转移所有权。
• 适用场景：对象的生命周期和作用域绑定，保证同一时间只有一个所有者。
• 创建方式 ：推荐使用 std::make_unique<T>()（C++14 以后）。

示例：

#include <memory>
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    auto p = std::make_unique<int>(42);
    cout << *p << endl;  // 输出 42

    auto q = std::move(p); // 转移所有权
    if (!p) cout << "p is empty\n"; // p 已经不再管理对象
}

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2. std::shared_ptr（共享智能指针）

• 特点 ：共享式所有权，多个 shared_ptr 可以指向同一资源。
• 内存释放 ：内部维护一个 引用计数 ，当最后一个 shared_ptr 被销毁时，才调用 delete 释放资源。
• 适用场景：多个对象或函数需要共享同一个动态分配的对象。
• 创建方式 ：推荐使用 std::make_shared<T>()。

示例：

#include <memory>
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    auto p1 = std::make_shared<int>(42);
    auto p2 = p1;  // 引用计数 +1

    cout << "use_count = " << p1.use_count() << endl; // 2

    p1.reset(); // p1 不再持有对象
    cout << "use_count = " << p2.use_count() << endl; // 1
}

⚠️ 注意：shared_ptr 可能导致 循环引用问题 （两个对象互相持有 shared_ptr，导致引用计数无法归零）。

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3. std::weak_ptr（弱引用智能指针）

• 特点 ：一种 弱引用 ，用于配合 shared_ptr 使用，不增加引用计数。
• 适用场景 ：打破 shared_ptr 的循环引用。
• 使用方式 ：不能直接访问资源，必须先调用 .lock() 获得一个 shared_ptr。

示例：

#include <memory>
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    auto sp = std::make_shared<int>(42);
    std::weak_ptr<int> wp = sp;  // 弱引用

    if (auto temp = wp.lock()) { // 转换为 shared_ptr
        cout << *temp << endl;   // 42
    }
}

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📌 小结

智能指针	所有权	拷贝	释放时机	适用场景
unique_ptr	独占	❌ 禁止拷贝，✔️ 允许 std::move	作用域结束时	对象唯一所有者
shared_ptr	共享	✔️ 允许拷贝	引用计数归零时	多个对象共享同一资源
weak_ptr	无（弱引用）	✔️ 允许拷贝	不影响对象释放	辅助 shared_ptr，解决循环引用