C++ 智能指针：auto_ptr / unique_ptr / shared_ptr / weak_ptr 原理与使用

头文件：<memory>，核心思想：RAII，自动管理堆内存，避免内存泄漏。

一、auto_ptr（C++98，已废弃，不要使用）

特点：拷贝时转移资源所有权。

复制代码

auto_ptr<Date> p1(new Date);
auto_ptr<Date> p2 = p1; // p1把资源管理权转移给p2，p1变成空指针

缺陷：拷贝后原指针悬空，极易踩坑。C++11 后被淘汰，工程里禁止使用。

二、unique_ptr 唯一指针（C++11）

核心：不支持拷贝，只支持移动 ，同一时刻只能有一个unique_ptr持有资源。

复制代码

unique_ptr<Date> u1(new Date);
// unique_ptr<Date> u2 = u1; // 编译报错，拷贝构造被delete
unique_ptr<Date> u3 = move(u1); // 移动，u1置空，u3接管资源

原理：把拷贝构造、赋值重载函数 delete，禁用拷贝；
适用场景：资源不需要共享，独占所有权，性能开销几乎和裸指针一样；
支持自定义删除器。

三、shared_ptr 共享指针（C++11）

核心：引用计数，支持拷贝 ，多个shared_ptr共同管理同一块堆资源。

复制代码

shared_ptr<Date> sp1(new Date);
shared_ptr<Date> sp2 = sp1; // 拷贝，引用计数+1

底层结构两块内存：

_ptr：指向管理的资源；
_pcount：引用计数（堆上的 int）。

析构逻辑：

拷贝：引用计数++；
析构：引用计数--；
当计数减到 0 时，delete释放资源 + 释放计数内存。

make_shared推荐优先使用：

复制代码

auto sp = make_shared<Date>(); // 一次性分配资源+计数内存，效率更高

注意：shared_ptr构造函数是explicit，不能隐式类型转换。

shared_ptr 的致命问题：循环引用

双向链表场景：节点 A 存next指向 B，节点 B 存prev指向 A，都用shared_ptr。两个对象析构时，双方引用计数都只能减到 1，永远不会等于 0，内存泄漏。

复制代码

n1 -> n2
n2 -> n1
两个节点互相持有shared_ptr，资源无法释放

👉 解决方案：weak_ptr。

四、weak_ptr 弱指针（C++11）

不参与资源所有权，不增加引用计数 ，专门用来解决shared_ptr循环引用。

不能直接访问资源，没有 RAII；
只能绑定到shared_ptr；
调用.lock()：返回一个shared_ptr，检查资源是否存活 。如果资源已经释放，返回空shared_ptr。

改造双向链表：把next/prev从shared_ptr改成weak_ptr。互相引用时不会增加引用计数，对象析构后计数可以正常减到 0，内存正常释放。

复制代码

struct Node
{
    int val;
    weak_ptr<Node> next;
    weak_ptr<Node> prev;
};

五、通用要点

智能指针析构默认调用delete释放资源，支持自定义删除器，可以管理数组、文件句柄等；
shared_ptr/unique_ptr支持bool隐式转换：if(sp)判断是否持有有效资源；
不要把裸指针同时交给多个shared_ptr管理，会造成重复释放。

总结选型

|------------|----------------|-------|--------------------|
| 智能指针 | 拷贝 | 核心原理 | 适用场景 |
| auto_ptr | 转移所有权 | 废弃 | 不要用 |
| unique_ptr | ❌禁止拷贝 ✅支持 move | 独占资源 | 独占所有权，默认首选 |
| shared_ptr | ✅支持拷贝 | 引用计数 | 需要多指针共享资源 |
| weak_ptr | 不持有资源 | 不增加计数 | 解决 shared_ptr 循环引用 |

编码建议：优先用unique_ptr；确需共享再选shared_ptr；存在双向引用 / 环形结构，配合weak_ptr。