【C++】智能指针：内存管理的利器

RAII（Resource Acquisition Is Initialization，资源获取即初始化）是C++ 特有的核心编程范式，由 C++ 之父 Bjarne Stroustrup 提出，核心思想是将资源的生命周期完全绑定到对象的生命周期—— 通过对象的构造函数获取资源，析构函数释放资源，利用 C++ 自动调用析构函数的特性，确保资源（内存、文件句柄、锁、网络连接等）被及时、安全释放，从根本上避免资源泄漏。

简而言之就是

获取资源与构造绑定

释放资源与析构绑定

智能指针：

而智能指针就是在继承了RAII的基础上，让这个对象同时拥有普通指针的功能

二、智能指针的使用

（1）C++标准库的智能指针

1. `std::unique_ptr`（独占型智能指针）

核心特性：独占所有权，同一时间只能有一个 unique_ptr 指向同一块内存，不支持拷贝（copy），仅支持移动（move）。
适用场景：管理独占资源（如单个对象、数组），是最常用的智能指针

示例

#include <iostream> #include <memory> class Test { public: Test(int id) : id_(id) { std::cout << "Test " << id_ << " 构造\n"; } ~Test() { std::cout << "Test " << id_ << " 析构\n"; } void show() { std::cout << "Test id: " << id_ << "\n"; } private: int id_; }; int main() { // 1. 创建 unique_ptr 管理单个对象 std::unique_ptr<Test> ptr1(new Test(1)); ptr1->show(); // 访问对象成员 // 2. 推荐：使用 std::make_unique（C++14 引入，更安全，避免内存泄漏） auto ptr2 = std::make_unique<Test>(2); // 3. 移动语义（转移所有权） std::unique_ptr<Test> ptr3 = std::move(ptr2); // ptr2 变为空，ptr3 接管 if (!ptr2) std::cout << "ptr2 已空\n"; // 4. 管理数组（自动调用 delete[]） std::unique_ptr<Test[]> arr_ptr(new Test[2]{ Test(3), Test(4) }); arr_ptr[0].show(); // 5. 手动释放（一般不需要，超出作用域自动释放） ptr1.reset(); // 释放 ptr1 指向的内存，ptr1 变为空 return 0; // ptr3、arr_ptr 超出作用域，自动析构 }

2. `std::shared_ptr`（共享型智能指针）

核心特性：共享所有权，多个 shared_ptr 可指向同一块内存，通过引用计数（refcount）管理：
- 新增一个 shared_ptr 指向该内存，引用计数 +1；
- 某个 shared_ptr 销毁 / 重置，引用计数 -1；
- 引用计数为 0 时，自动释放内存。
适用场景：需要多个指针共享同一资源（如容器存储指针、多模块共享对象）

示例

#include <iostream> #include <memory> int main() { // 1. 创建（推荐 std::make_shared，效率更高，减少内存分配次数） std::shared_ptr<Test> ptr1 = std::make_shared<Test>(1); std::cout << "引用计数：" << ptr1.use_count() << "\n"; // 输出 1 // 2. 共享所有权（引用计数 +1） std::shared_ptr<Test> ptr2 = ptr1; std::cout << "引用计数：" << ptr1.use_count() << "\n"; // 输出 2 // 3. 重置（引用计数 -1） ptr1.reset(); std::cout << "引用计数：" << ptr1.use_count() << "\n"; // 输出 0 // 4. 最后一个 shared_ptr 销毁，内存释放 return 0; }

注意：避免循环引用（如两个 shared_ptr 互相指向对方），会导致引用计数无法归 0，内存泄漏。此时需要配合 std::weak_ptr 解决

3. `std::weak_ptr`（弱引用智能指针）

核心特性：弱引用，不拥有资源所有权，仅观察 shared_ptr 管理的资源；
- 不增加引用计数；
- 可通过 lock() 方法获取有效的 shared_ptr（若资源未释放），否则返回空 shared_ptr。
适用场景：解决 shared_ptr 的循环引用问题，或需要观察资源但不影响其生命周期的场景。

示例

#include <iostream> #include <memory> class B; // 前向声明 class A { public: std::weak_ptr<B> b_ptr; // 弱引用，避免循环引用 ~A() { std::cout << "A 析构\n"; } }; class B { public: std::weak_ptr<A> a_ptr; // 弱引用 ~B() { std::cout << "B 析构\n"; } }; int main() { auto a = std::make_shared<A>(); auto b = std::make_shared<B>(); a->b_ptr = b; b->a_ptr = a; // 无循环引用，a/b 销毁时引用计数归 0，析构函数正常调用 return 0; }

三、delete删除器

智能指针析构时默认是进行delete释放资源，这也就意味着如果不是new出来的资源（如：malloc、new[]、fopen...），交给智能指针管理，析构时就会崩溃
为了解决上面这个问题：智能指针支持用户提供一个删除器，在删除器中实现资源的释放。
但是提供位置不同
unique_ptr：作为模板参数提供（建议提供仿函数）
shared_ptr：作为构造函数参数提供（仿函数、lambda、函数指针等都可以，建议lambda）
删除器的本质是一个可调用对象。当提供了删除器，在智能指针析构的时候，就会调用这个删除器去释放资源。（这个删除器的调用在智能指针析构函数内部）

示例：释放 `malloc` 分配的内存（替代 `free`）

#include <iostream> #include <memory> #include <cstdlib> // malloc/free // 自定义删除器：释放 malloc 分配的内存 void free_deleter(int* ptr) { std::cout << "自定义删除器：调用 free 释放内存\n"; std::free(ptr); } int main() { // 用 malloc 分配内存，绑定自定义删除器 int* raw_ptr = (int*)std::malloc(sizeof(int)); *raw_ptr = 100; // shared_ptr 创建时指定删除器 std::shared_ptr<int> ptr(raw_ptr, free_deleter); std::cout << *ptr << "\n"; // 输出 100 // 超出作用域时，自动调用 free_deleter，而非默认的 delete return 0; }

示例：释放数组（默认 `unique_ptr<T[]>` 用 `delete[]`，这里自定义）、

#include <iostream> #include <memory> // 自定义数组删除器 struct ArrayDeleter { template <typename T> void operator()(T* ptr) const { std::cout << "自定义删除器：释放数组\n"; delete[] ptr; } }; int main() { // 方式 1：显式指定删除器类型 std::unique_ptr<int, ArrayDeleter> ptr1(new int[5]{1,2,3,4,5}); // 方式 2：用 lambda（需要推导类型，C++14 及以上） auto lambda_deleter = [](int* ptr) { std::cout << "lambda 删除器：释放数组\n"; delete[] ptr; }; std::unique_ptr<int, decltype(lambda_deleter)> ptr2(new int[3]{6,7,8}, lambda_deleter); return 0; }

本次分享就到这里结束了，至此，c++的学习也就告一段落，后续会继续更新linux学习内容

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一、何为智能指针

（1）传统指针的缺陷

RAII：

智能指针：

二、智能指针的使用

（1）C++标准库的智能指针

1. std::unique_ptr（独占型智能指针）

2. std::shared_ptr（共享型智能指针）

3. std::weak_ptr（弱引用智能指针）