揭秘C++智能指针机制，高效管理内存

C++ 智能指针机制是一种自动管理指向堆内存的指针的机制，可防止内存泄漏和悬空指针。主要包括 unique_ptr（唯一所有权）、shared_ptr（共享所有权）和 weak_ptr（弱引用）。它提供自动释放内存、检查指针有效性等功能，简化内存管理，提高代码安全性。

C++ 智能指针机制

简介

C++ 智能指针是一种自动管理指向堆内存的指针的机制，可简化内存管理并防止内存泄漏和悬空指针等问题。智能指针封装了裸指针（raw pointer），并提供了额外的功能，例如自动释放内存和检查指针的有效性。

关键概念

• unique_ptr： 唯一所有权的智能指针，保证指向内存的唯一所有者。
• shared_ptr： 共享所有权的智能指针，允许多个所有者共享对同一内存块的访问权限。
• weak_ptr： 弱引用或非所有权的智能指针，不增加对所指向对象的引用计数，因此不会阻止对象的析构。

实施

#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;
}

实战案例

示例 1：防止内存泄漏

下面的代码使用原始指针来管理动态分配的内存。如果不小心手动释放内存，就会发生内存泄漏。

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

使用智能指针可以防止这种问题：

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

示例 2：共享所有权

考虑以下情况，两个函数都使用同一个动态分配的字符串。原始指针不允许共享所有权，这可能导致程序错误：

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

使用 shared_ptr 可以解决此问题：

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

优势

• 防止内存泄漏： 智能指针在超出作用域时自动释放内存。
• 防止悬空指针： 智能指针会检查所指向对象的有效性，防止对已释放内存的访问。
• 简化内存管理： 智能指针封装了内存管理细节，使得程序员无需手动分配或释放内存。
• 提高代码安全性： 通过防止常见的内存错误，智能指针有助于提高代码的鲁棒性和可靠性。

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