c++ shared_ptr与unique_ptr总结

unique_ptr

基本概念

std::unique_ptr<T> 是独占式智能指针：

• 独占对象所有权，不可拷贝；
• 可移动（C++11）；
• 离开作用域时自动删除所管理对象；
• 指针唯一，适合资源严格独占场景。

底层原理

特性：

• 内部只有一个裸指针 T* ptr;
• 不需要引用计数
• 拥有者离开作用域时调用 delete 或自定义 deleter

结构示意：

template<class T, class Deleter = std::default_delete<T>>
class unique_ptr {
private:
    T* ptr;
    Deleter del;
};

删除动作：

~unique_ptr() {
    if (ptr) del(ptr);
}

典型用法

• 创建

  auto p = std::make_unique<int>(10);

• 移动所有权

  std::unique_ptr<int> p1 = std::make_unique<int>(5);
  std::unique_ptr<int> p2 = std::move(p1);

• 自定义删除器

  std::unique_ptr<FILE, decltype(&fclose)> fp(fopen("a.txt","r"), &fclose);

使用场景

std::unique_ptr 的核心是 独占所有权，适合代表"资源严格只有一个拥有者"的场景。

只要不是多个对象共享所有权，就应该优先使用 unique_ptr。

它是默认、最安全、性能最佳的智能指针。

示例：unique_ptr 用法

#include <iostream>
#include <memory>

struct Foo {
    Foo()  { std::cout << "Foo()\n"; }
    ~Foo() { std::cout << "~Foo()\n"; }
};

int main() {
    std::unique_ptr<Foo> p1 = std::make_unique<Foo>();

    // 转移所有权
    std::unique_ptr<Foo> p2 = std::move(p1);

    if (!p1) std::cout << "p1 is null\n";
}

输出：

Foo()
p1 is null
~Foo()

shared_ptr

基本概念

std::shared_ptr<T> 是共享所有权智能指针：

• 多个 smart pointer 可指向同一对象；
• 使用引用计数计管理资源生命周期；
• 最后一个 shared_ptr 消失时才释放资源。

底层原理

数据结构

shared_ptr 中含有两个关键对象：

1. 控制块（control block） 包含：

• use_count（引用计数）
• weak_count
• 删除器 Deleter
• 分配器 Allocator
• 指向对象的指针

2. shared_ptr 内部只有两个指针

T* ptr;                // 指向对象
ControlBlock* ctrl;    // 指向控制块

创建方式

推荐：make_shared

auto p = std::make_shared<int>(10);

优点：

• 对象和控制块在同一块内存
• 更少的内存分配
• 更高的缓存局部性
• 更安全（异常安全）

拷贝/赋值：引用计数 +1

auto a = std::make_shared<int>(5);
auto b = a; // use_count = 2

离开作用域：引用计数 -1

引用计数变为 0 时执行删除器：

~shared_ptr() {
    if (--ctrl->use_count == 0) {
        del(ptr);
    }
}

示例：shared_ptr 引用计数演示

#include <iostream>
#include <memory>

int main() {
    std::shared_ptr<int> p1 = std::make_shared<int>(42);
    std::cout << p1.use_count() << "\n"; // 1

    {
        std::shared_ptr<int> p2 = p1;
        std::cout << p1.use_count() << "\n"; // 2
    }

    std::cout << p1.use_count() << "\n"; // 1
}

unique_ptr VS shared_ptr

特性	unique_ptr	shared_ptr
所有权	独占	共享
拷贝	不可	可
移动	可	可
内存开销	小（仅一个指针）	大（含控制块）
生命周期	自动，但唯一	引用计数控制
性能	更快	较慢（原子操作）
适用场景	独占资源	多模块共享资源