智能指針通過自動內(nèi)存管理解決c++++中手動管理內(nèi)存導(dǎo)致的泄漏問題。1. unique_ptr實現(xiàn)獨占所有權(quán)，不可復(fù)制但可移動，適合單一所有者場景；2. shared_ptr采用引用計數(shù)實現(xiàn)共享所有權(quán)，適用于多指針共享對象的情況，但需注意循環(huán)引用問題；3. weak_ptr作為弱引用不增加引用計數(shù)，用于打破shared_ptr之間的循環(huán)引用。此外，推薦使用make_unique和make_shared創(chuàng)建智能指針，以提高性能和異常安全性，同時避免與原始指針混合使用帶來的雙重釋放、內(nèi)存泄漏和懸掛指針等風(fēng)險。
智能指針本質(zhì)上是為了更好地管理c++中的內(nèi)存，避免手動new和delete帶來的內(nèi)存泄漏問題。它們就像負責(zé)任的保姆，在你不再需要某個對象時自動釋放它，讓你從繁瑣的內(nèi)存管理中解放出來。
解決方案
C++提供了三種主要的智能指針：unique_ptr、shared_ptr和weak_ptr。選擇哪種取決于你的具體需求和對象的所有權(quán)模型。
立即學(xué)習(xí)“C++免費學(xué)習(xí)筆記（深入）”；
-
unique_ptr：獨占所有權(quán)
unique_ptr代表獨占所有權(quán)，也就是說，同一時間只能有一個unique_ptr指向某個對象。當(dāng)unique_ptr銷毀時，它所指向的對象也會被自動刪除。這使得unique_ptr非常適合用于管理那些只需要單個所有者的情況，比如函數(shù)內(nèi)部創(chuàng)建的對象。
#include <iostream> #include <memory> class MyClass { public: MyClass() { std::cout << "MyClass createdn"; } ~MyClass() { std::cout << "MyClass destroyedn"; } }; int main() { std::unique_ptr<MyClass> ptr(new MyClass()); // 或者使用 make_unique (C++14及以上) // auto ptr = std::make_unique<MyClass>(); if (ptr) { std::cout << "unique_ptr is not nulln"; } // 當(dāng)ptr離開作用域時，MyClass對象會被自動銷毀 return 0; }關(guān)鍵點：unique_ptr不能復(fù)制，但可以移動（使用std::move）。這意味著你可以將所有權(quán)從一個unique_ptr轉(zhuǎn)移到另一個。
-
shared_ptr：共享所有權(quán)
shared_ptr允許多個智能指針指向同一個對象，它使用引用計數(shù)來跟蹤有多少個shared_ptr指向該對象。當(dāng)最后一個shared_ptr銷毀時，對象才會被刪除。這對于需要在多個地方共享對象所有權(quán)的情況非常有用。
#include <iostream> #include <memory> class MyClass { public: MyClass() { std::cout << "MyClass createdn"; } ~MyClass() { std::cout << "MyClass destroyedn"; } }; int main() { std::shared_ptr<MyClass> ptr1 = std::make_shared<MyClass>(); std::shared_ptr<MyClass> ptr2 = ptr1; // ptr1和ptr2共享同一個對象 std::cout << "Reference count: " << ptr1.use_count() << "n"; // 輸出 2 ptr1.reset(); // ptr1不再指向?qū)ο?，引用計?shù)減1 std::cout << "Reference count: " << ptr2.use_count() << "n"; // 輸出 1 // 當(dāng)ptr2離開作用域時，MyClass對象會被自動銷毀 return 0; }注意：shared_ptr會帶來一定的性能開銷，因為需要維護引用計數(shù)。另外，循環(huán)引用會導(dǎo)致內(nèi)存泄漏，需要使用weak_ptr來解決。
-
weak_ptr：觀察者
weak_ptr是一種弱引用，它指向由shared_ptr管理的對象，但不增加引用計數(shù)。weak_ptr可以用來檢查對象是否仍然存在，并且可以從weak_ptr創(chuàng)建一個shared_ptr來獲取對象的所有權(quán)（如果對象仍然存在）。這對于打破循環(huán)引用非常有用。
#include <iostream> #include <memory> class B; // 前向聲明 class A { public: std::shared_ptr<B> b_ptr; ~A() { std::cout << "A destroyedn"; } }; class B { public: std::weak_ptr<A> a_ptr; // 使用 weak_ptr 打破循環(huán)引用 ~B() { std::cout << "B destroyedn"; } }; int main() { std::shared_ptr<A> a = std::make_shared<A>(); std::shared_ptr<B> b = std::make_shared<B>(); a->b_ptr = b; b->a_ptr = a; // 現(xiàn)在A和B相互引用 // 如果使用 shared_ptr<A> a_ptr; 在B中，則會造成內(nèi)存泄漏 return 0; }在這個例子中，B類中的a_ptr使用weak_ptr，避免了A和B之間的循環(huán)引用，從而防止了內(nèi)存泄漏。
智能指針的優(yōu)勢
- 自動內(nèi)存管理：避免手動new和delete，減少內(nèi)存泄漏的風(fēng)險。
- 異常安全：即使在拋出異常的情況下，也能保證資源被正確釋放。
- 代碼簡潔：減少了手動內(nèi)存管理的代碼，使代碼更易讀、易維護。
智能指針并非銀彈，選擇合適的智能指針類型，并理解其背后的所有權(quán)模型，才能真正發(fā)揮其優(yōu)勢。
make_unique 和 make_shared 的區(qū)別和選擇
make_unique (C++14引入) 和 make_shared 都是創(chuàng)建智能指針的推薦方式，但它們之間存在一些關(guān)鍵區(qū)別，影響著你的選擇。
-
make_unique: 專門用于創(chuàng)建 unique_ptr。它直接在一次內(nèi)存分配中創(chuàng)建對象和 unique_ptr 的控制塊（如果存在）。這通常更高效，并且提供了更強的異常安全性。
-
make_shared: 用于創(chuàng)建 shared_ptr。它也嘗試在一次內(nèi)存分配中創(chuàng)建對象和 shared_ptr 的控制塊（包含引用計數(shù)等信息）。然而，make_shared 只能訪問對象的公共構(gòu)造函數(shù)。
選擇的關(guān)鍵因素：
- 性能: make_shared 在某些情況下可能比單獨的 new 和 shared_ptr 構(gòu)造函數(shù)更高效，因為它減少了內(nèi)存分配的次數(shù)。但是，如果對象很大，且頻繁分配和釋放，這種優(yōu)勢可能會減弱。
- 異常安全性: 使用 make_unique 和 make_shared 可以提供更強的異常安全性，避免在 new 操作和 shared_ptr 構(gòu)造函數(shù)之間拋出異常導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。
- 訪問權(quán)限: make_shared 只能訪問對象的公共構(gòu)造函數(shù)。如果你的對象只有私有或受保護的構(gòu)造函數(shù)，則不能使用 make_shared。
- 自定義刪除器: 如果你需要使用自定義刪除器，make_unique 和 make_shared 的用法略有不同，但都支持。
總的來說，盡可能使用 make_unique 和 make_shared，除非你有特殊的需求（例如，需要訪問私有構(gòu)造函數(shù)或使用自定義刪除器）。
如何處理循環(huán)引用導(dǎo)致的內(nèi)存泄漏？
循環(huán)引用是使用 shared_ptr 時需要特別注意的問題。當(dāng)兩個或多個對象相互持有對方的 shared_ptr 時，它們的引用計數(shù)永遠不會降為零，導(dǎo)致對象永遠不會被釋放，從而造成內(nèi)存泄漏。
解決方案：weak_ptr
weak_ptr 是解決循環(huán)引用的關(guān)鍵。weak_ptr 是一種弱引用，它指向由 shared_ptr 管理的對象，但不增加引用計數(shù)。你可以使用 weak_ptr 來打破循環(huán)引用。
示例：
#include <iostream> #include <memory> class B; // 前向聲明 class A { public: std::shared_ptr<B> b_ptr; ~A() { std::cout << "A destroyedn"; } }; class B { public: std::weak_ptr<A> a_ptr; // 使用 weak_ptr 打破循環(huán)引用 ~B() { std::cout << "B destroyedn"; } }; int main() { std::shared_ptr<A> a = std::make_shared<A>(); std::shared_ptr<B> b = std::make_shared<B>(); a->b_ptr = b; b->a_ptr = a; // 現(xiàn)在A和B相互引用 // 如果使用 shared_ptr<A> a_ptr; 在B中，則會造成內(nèi)存泄漏 return 0; }
在這個例子中，B類中的a_ptr使用weak_ptr，避免了A和B之間的循環(huán)引用，從而防止了內(nèi)存泄漏。
使用 weak_ptr 的注意事項：
- 在使用 weak_ptr 訪問對象之前，需要先檢查對象是否仍然存在?？梢允褂?weak_ptr::lock() 方法創(chuàng)建一個 shared_ptr，如果對象已經(jīng)被銷毀，則返回空的 shared_ptr。
- weak_ptr 不擁有對象的所有權(quán)，因此不能直接通過 weak_ptr 修改對象。
智能指針與原始指針的混合使用：風(fēng)險與防范
雖然智能指針旨在取代原始指針，但在某些情況下，你可能仍然需要與原始指針交互。這種混合使用帶來了風(fēng)險，需要謹慎處理。
常見風(fēng)險：
- 雙重釋放: 多個智能指針或智能指針與原始指針同時管理同一塊內(nèi)存，可能導(dǎo)致重復(fù)釋放。
- 內(nèi)存泄漏: 忘記釋放原始指針指向的內(nèi)存，或者智能指針超出作用域但原始指針仍然持有該內(nèi)存的引用，都可能導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。
- 懸掛指針: 原始指針指向的內(nèi)存已經(jīng)被智能指針釋放，導(dǎo)致原始指針變成懸掛指針。
防范措施：
- 避免混合使用: 盡可能避免智能指針和原始指針同時管理同一塊內(nèi)存。
- 明確所有權(quán): 明確哪個智能指針擁有對象的唯一所有權(quán)。
- 謹慎使用 get() 方法: shared_ptr::get() 方法返回原始指針，但使用時需要非常小心，確保不會導(dǎo)致雙重釋放或內(nèi)存泄漏。
- 使用 release() 方法: unique_ptr::release() 方法釋放 unique_ptr 對對象的所有權(quán)，并返回原始指針。使用后需要手動釋放該指針指向的內(nèi)存。
- 遵循 RAII 原則: 確保資源在對象構(gòu)造時獲取，在對象析構(gòu)時釋放。
示例：避免雙重釋放
#include <iostream> #include <memory> int main() { int* raw_ptr = new int(10); std::shared_ptr<int> shared_ptr1(raw_ptr); // 錯誤的做法：不要用同一個原始指針創(chuàng)建多個智能指針 // std::shared_ptr<int> shared_ptr2(raw_ptr); // 錯誤！會導(dǎo)致雙重釋放 // 正確的做法：使用 shared_ptr1 std::cout << *shared_ptr1 << std::endl; return 0; }
在這個例子中，使用同一個原始指針創(chuàng)建了兩個 shared_ptr，當(dāng)這兩個 shared_ptr 超出作用域時，會嘗試釋放同一塊內(nèi)存兩次，導(dǎo)致程序崩潰。
總而言之，雖然智能指針極大地簡化了內(nèi)存管理，但在與原始指針交互時，仍然需要保持警惕，避免潛在的風(fēng)險。
