揭秘C++智慧指標機制，高效率管理內存

C++ 智慧指標機制是一種自動管理指向堆疊記憶體的指標的機制，可防止記憶體洩漏和懸空指標。主要包括 unique_ptr（唯一所有權）、shared_ptr（共享所有權）和 weak_ptr（弱引用）。它提供自動釋放記憶體、檢查指標有效性等功能，簡化記憶體管理，提高程式碼安全性。

C++ 智慧指標機制

#簡介

##C++ 智慧指標是一種自動管理指向堆記憶體的指標的機制，可簡化記憶體管理並防止記憶體洩漏和懸空指標等問題。智慧型指標封裝了裸指標（raw pointer），並提供了額外的功能，例如自動釋放記憶體和檢查指標的有效性。

關鍵概念

• unique_ptr： 唯一所有權的智慧指針，保證指向記憶體的唯一擁有者。
• shared_ptr： 共享所有權的智慧指針，允許多個擁有者共享對相同記憶體區塊的存取權。
• weak_ptr： 弱引用或非所有權的智慧指針，不會增加對所指向物件的參考計數，因此不會阻止物件的析構。

實作

#include <memory>

// 使用 unique_ptr
std::unique_ptr<int> uptr = std::make_unique<int>(10);
*uptr = 20;

// 使用 shared_ptr
std::shared_ptr<std::vector<int>> sptr = std::make_shared<std::vector<int>>();
sptr->push_back(1);
sptr->push_back(2);

// 使用 weak_ptr
std::weak_ptr<int> wptr(uptr);
if (auto sptr2 = wptr.lock()) {
  *sptr2 = 30;
}

實戰案例

##範例1：防止記憶體洩漏

下面的程式碼使用原始指標來管理動態分配的記憶體。如果不小心手動釋放內存，就會發生內存洩漏。

int* ptr = new int(10);
// ...
delete ptr; // 必须记住释放内存

使用智慧指標可以防止這種問題：

std::unique_ptr<int> uptr = std::make_unique<int>(10);
// ...
// uptr 会自动在析构时释放内存

範例2：共享所有權

考慮以下情況，兩個函數都使用同一個動態分配的字串。原始指標不允許共享所有權，這可能導致程式錯誤：

char* strPtr = new char[100];
void func1() {
  // 使用 strPtr
}
void func2() {
  // 也使用 strPtr
}

使用shared_ptr 可以解決此問題：

std::shared_ptr<char[]> strPtr = std::make_shared<char[]>(100);
void func1() {
  // 使用 strPtr
}
void func2() {
  // 也使用 strPtr
}

優勢

防止記憶體洩漏：
• 智慧型指標在超出作用域時自動釋放記憶體。
防止懸空指標：
• 智慧指標會檢查所指向物件的有效性，防止對已釋放記憶體的存取。
簡化記憶體管理：
• 智慧指標封裝了記憶體管理細節，使得程式設計師無需手動分配或釋放記憶體。
提高程式碼安全性：
• 透過防止常見的記憶體錯誤，智慧指標有助於提高程式碼的穩健性和可靠性。

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