智能指针概述

智能指针是C++标准库提供的模板类，用于自动管理动态内存，避免内存泄漏和悬空指针问题。它们通过RAII（资源获取即初始化）机制，在对象生命周期结束时自动释放内存。

常用智能指针类型

shared_ptr（共享指针）

• 特点：通过引用计数管理内存，多个shared_ptr可指向同一对象，计数为0时自动释放内存。
• 用法示例：

  #include <memory>
  std::shared_ptr<int> ptr1 = std::make_shared<int>(42);
  std::shared_ptr<int> ptr2 = ptr1; // 引用计数+1
  

• 注意：循环引用会导致内存泄漏（需结合weak_ptr解决）。

unique_ptr（独占指针）

• 特点：独占所有权，不可复制，但可通过移动语义转移所有权。
• 用法示例：

  std::unique_ptr<int> ptr = std::make_unique<int>(100);
  std::unique_ptr<int> ptr2 = std::move(ptr); // 所有权转移
  

• 优势：零运行时开销，适合替代裸指针。

weak_ptr（弱指针）

• 特点：配合shared_ptr使用，不增加引用计数，解决循环引用问题。
• 用法示例：

  std::shared_ptr<int> sptr = std::make_shared<int>(200);
  std::weak_ptr<int> wptr = sptr;
  if (auto tmp = wptr.lock()) { // 检查对象是否存活
      // 使用tmp（shared_ptr）
  }
  

智能指针的核心操作

创建与初始化

• 优先使用std::make_shared和std::make_unique（C++14起），避免显式new：

  auto ptr = std::make_shared<std::string>("Hello");
  

自定义删除器

• 可为智能指针指定自定义释放逻辑（如文件句柄、网络连接）：

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

资源释放

• 显式释放资源并重置指针：

  ptr.reset(); // 释放内存，ptr置空
  

使用场景与陷阱

适用场景

• 动态数组管理（unique_ptr支持数组）：

  std::unique_ptr<int[]> arr(new int[10]);
  

• 多线程共享数据（shared_ptr需确保原子操作）。

常见陷阱

• 避免混用裸指针和智能指针：

  int* raw = new int(5);
  std::shared_ptr<int> ptr(raw); // 错误：可能多次delete
  

• 禁止返回this的shared_ptr（需继承enable_shared_from_this）。

性能与最佳实践

• 性能：unique_ptr接近裸指针，shared_ptr有计数开销。
• 实践建议：
  • 默认使用unique_ptr，仅在需要共享时用shared_ptr。
  • 使用weak_ptr打破循环引用。
  • 避免在接口中传递智能指针（除非明确所有权语义）。

通过合理使用智能指针，可显著提升C++代码的安全性和可维护性。