C++ 智能指针深入解析

什么是智能指针？

在C++中，一个指针指向某个变量，但是由于指针是”裸”的，需要程序员显式地管理其生命周期。为了解决这个问题，C++11引入了智能指针。智能指针的用法和裸指针类似，但是会自动管理指针所指对象的生命周期。

智能指针的分类

C++中常用的智能指针有三种，它们分别是：

• unique_ptr：独占所有权的智能指针
• shared_ptr：共享所有权的智能指针
• weak_ptr：弱引用的智能指针

unique_ptr

unique_ptr是一种独占所有权的智能指针，一旦一个unique_ptr指针指向了一个对象，其他的unique_ptr就不能再指向这个对象了。unique_ptr的对象的析构函数会自动释放所指向的内存。

下面是一个unique_ptr的示例：

#include <iostream>
#include <memory>

using namespace std;

int main() {
    unique_ptr<int> up(new int(42));
    cout << *up << endl;
    return 0;
}

在这个示例中，我们创建了一个unique_ptr，指向一个动态分配的int类型对象。在程序结束时，unique_ptr会自动释放指向的int对象的内存空间。

shared_ptr

shared_ptr是一种共享所有权的智能指针，可以多个shared_ptr指针同时指向一个对象。它的引用计数是线程安全的，也就是说，多个线程可以同时操作同一个shared_ptr。

下面是一个shared_ptr的示例：

#include <iostream>
#include <memory>

using namespace std;

int main() {
    shared_ptr<int> sp1(new int(42));
    shared_ptr<int> sp2 = sp1;
    cout << *sp1 << endl;
    cout << *sp2 << endl;
    return 0;
}

在这个示例中，我们创建了两个shared_ptr，它们指向同一个动态分配的int类型对象。在程序结束时，由于还有一个指向该对象的智能指针，所以内存空间没有被释放。

weak_ptr

weak_ptr是一种弱引用的智能指针，使用weak_ptr并不会增加对象的引用计数，也就是说，weak_ptr不会对对象的生命周期产生任何影响。

下面是一个weak_ptr的示例：

#include <iostream>
#include <memory>

using namespace std;

int main() {
    shared_ptr<int> sp(new int(42));
    weak_ptr<int> wp = sp;
    cout << *sp << endl;   // 正常输出
    cout << *wp.lock() << endl;   // 正常输出
    sp.reset();
    cout << *wp.lock() << endl;   // 输出0，因为对象已经被释放
    return 0;
}

在这个示例中，我们创建了一个shared_ptr，然后通过weak_ptr引用该shared_ptr指向的对象。当我们用lock()方法获取对象时，需要判断返回的指针是否为空，如果不为空则可以正常使用。

总结

智能指针是C++中非常重要的语言特性，能够很好地管理动态分配的内存，在编写现代C++代码时，推荐使用智能指针来管理内存。在具体使用时，需要根据不同的场景选择不同的智能指针类型，尤其需要注意内存泄漏的问题。