《 C++ 零基础入门教程》第5章：智能指针与 RAII —— 让内存管理自动化

✅ 本篇目标：

• 理解 RAII（资源获取即初始化）思想
• 掌握 unique_ptr 和 shared_ptr
• 学会用智能指针管理动态对象
• 实战：用智能指针重构通讯录，支持"联系人详情"
• 初识 移动语义（Move Semantics）------ 高性能的秘密
  🕒 建议学习时间：3--4 小时｜可分多次完成

💡 即使你从未手动 new/delete，也请认真学 ------ 这是现代 C++ 的基石！

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📘 C++ 零基础入门教程（第 5 篇）

智能指针与 RAII ------ 让内存管理自动化

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第一步：为什么需要智能指针？

❌ 传统 new/delete 的问题：

void riskyFunction() {
    Student* s = new Student("Alice", 95); // 分配内存
    // ... 中间可能抛出异常或提前 return
    delete s; // 如果没执行到这行 → 内存泄漏！
}

🔥 内存泄漏：分配的内存未被释放，程序越跑越慢，最终崩溃。

✅ 解决方案：RAII（Resource Acquisition Is Initialization）

• 资源（如内存、文件句柄）由对象的生命周期管理
• 对象创建时获取资源，销毁时自动释放
• 智能指针 = 自动 delete 的指针

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第二步：std::unique_ptr ------ 独占所有权

unique_ptr 表示 唯一拥有 某块内存，不能复制，但可转移。

2.1 基本用法

#include <iostream>
#include <memory>  // 必须包含
using namespace std;

class Widget {
public:
    Widget(string name) : name_(name) {
        cout << "Widget " << name_ << " 创建\n";
    }
    ~Widget() {
        cout << "Widget " << name_ << " 销毁\n";  // 自动调用！
    }
    void doWork() { cout << name_ << " working...\n"; }

private:
    string name_;
};

int main() {
    // 创建 unique_ptr（推荐用 make_unique）
    auto w = make_unique<Widget>("A");

    w->doWork();  // 用 -> 调用成员函数

    // 函数结束时，w 自动销毁，调用 ~Widget()

    return 0;
}

✅ 输出：

Widget A 创建
A working...
Widget A 销毁

🔑 关键点：

• make_unique<T>(args...) 是创建 unique_ptr 的安全方式
• 无需 delete！离开作用域自动释放
• 不能复制：auto w2 = w; ❌ 编译错误
• 可转移：auto w2 = std::move(w); ✅

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2.2 何时使用 unique_ptr？

• 当你确定只有一个所有者时（最常见场景）
• 替代原始指针 + new/delete
• 用于类成员（确保对象销毁时资源释放）

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第三步：std::shared_ptr ------ 共享所有权

shared_ptr 使用引用计数，多个指针共享同一对象，最后一个销毁时才释放内存。

示例：

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

int main() {
    shared_ptr<Widget> p1 = make_shared<Widget>("B");
    {
        shared_ptr<Widget> p2 = p1;  // 引用计数 = 2
        cout << "p2 created, use_count=" << p1.use_count() << endl;
    } // p2 离开作用域，引用计数 = 1

    cout << "after p2 destroyed, use_count=" << p1.use_count() << endl;

    return 0; // p1 销毁，引用计数=0 → 自动 delete
}

✅ 输出：

Widget B 创建
p2 created, use_count=2
after p2 destroyed, use_count=1
Widget B 销毁

⚠️ 注意：

• 用 make_shared<T>() 创建（比 make_unique 更高效）
• 避免循环引用（否则内存永不释放 → 用 weak_ptr 解决，本篇不展开）

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第四步：智能指针 vs 原始指针

场景	推荐
拥有资源（如 new 出的对象）	✅ unique_ptr / shared_ptr
仅观察/临时访问（不拥有）	✅ 原始指针 或 引用
函数参数传递	✅ 优先用 const 引用

🎯 黄金法则 ：
永远不要写 new 和 delete！

用 make_unique / make_shared 代替。

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第五步：实战项目 ------ 智能指针版通讯录（支持联系人详情）

我们将升级第 4 篇的通讯录：

• 每个联系人可附加"备注"（动态分配）
• 用 unique_ptr 管理备注，避免泄漏

✅ 改造 Contact 类：

// contact_smart.cpp
#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <memory>  // for unique_ptr
using namespace std;

class Contact {
public:
    string name;
    string phone;
    unique_ptr<string> note;  // 备注（可选）

    Contact(string n, string p) : name(n), phone(p) {}

    void setNote(const string& n) {
        note = make_unique<string>(n);  // 自动管理内存
    }

    void print() const {
        cout << name << "\t" << phone;
        if (note) {
            cout << "\t[备注: " << *note << "]";
        }
        cout << endl;
    }
};

class ContactBook {
private:
    vector<Contact> contacts;

public:
    void addContact(const string& name, const string& phone) {
        contacts.emplace_back(name, phone);  // 直接构造，避免拷贝
        cout << "已添加 " << name << endl;
    }

    void addNoteTo(const string& name, const string& noteText) {
        for (auto& c : contacts) {
            if (c.name == name) {
                c.setNote(noteText);
                cout << "已为 " << name << " 添加备注" << endl;
                return;
            }
        }
        cout << "未找到 " << name << endl;
    }

    void listAll() const {
        if (contacts.empty()) {
            cout << "通讯录为空" << endl;
            return;
        }
        cout << "\n--- 通讯录 ---\n";
        for (const auto& c : contacts) {
            c.print();
        }
    }
};

int main() {
    ContactBook book;
    book.addContact("Alice", "13800138000");
    book.addContact("Bob", "13900139000");

    book.addNoteTo("Alice", "同事，前端工程师");
    book.listAll();

    return 0;
}

✅ 输出：

已添加 Alice
已添加 Bob
已为 Alice 添加备注

--- 通讯录 ---
Alice	13800138000	[备注: 同事，前端工程师]
Bob	13900139000

🎉 亮点：

• note 是 unique_ptr<string>，即使不设备注也不会浪费内存
• 对象销毁时，note 自动释放，零泄漏风险
• 使用 emplace_back 直接构造 Contact，避免临时对象拷贝

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第六步：初识移动语义（Move Semantics）

问题：vector.push_back(大对象) 会拷贝，很慢！

✅ 解决方案：移动（Move）而非拷贝

• 把资源"转移"给新对象，原对象变空
• 适用于 unique_ptr、vector、string 等

示例：

vector<string> words;
string big = "非常长的字符串...";

words.push_back(big);        // 拷贝（慢）
words.push_back(move(big));  // 移动（快！big 变为空）

💡 在你的代码中：

• emplace_back(args...) 比 push_back(T(args)) 更高效
• 返回局部对象时，编译器自动移动（无需 move）

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📌 本篇小结：你已掌握

概念	说明
RAII	资源由对象生命周期管理
unique_ptr	独占所有权，自动 delete，不可复制
shared_ptr	共享所有权，引用计数，最后销毁
make_unique / make_shared	安全创建智能指针
移动语义	避免拷贝，提升性能
现代 C++ 原则	不写 new/delete，用 STL + 智能指针

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✅ 下一步建议

1. 尝试 ：将成绩系统中的 Student 改为用 unique_ptr 存储（虽然没必要，但可练习）
2. 思考 ：如果两个 Contact 互相引用对方（循环），shared_ptr 会泄漏吗？如何解决？
3. 预习：什么是"模板"？如何写出通用算法？

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