智能指针的种类

C++标准库提供了三种主要的智能指针类型：std::unique_ptr、std::shared_ptr和std::weak_ptr。每种智能指针都有其特定的用途和特点。

1. std::unique_ptr

std::unique_ptr是一种独占所有权的智能指针，即同一时间内只有一个指针可以拥有某块内存。这种设计可以防止多个指针同时管理同一块内存，避免了重复释放内存的问题。

主要特点：

• 独占所有权，不能复制，只能移动。
• 适用于明确表示唯一所有权的场景。

使用示例：

#include <iostream>
#include <memory>

void uniquePtrDemo() {
    std::unique_ptr<int> ptr1(new int(5));
    std::cout << "ptr1: " << *ptr1 << std::endl;

    // std::unique_ptr<int> ptr2 = ptr1; // 错误：不能复制unique_ptr
    std::unique_ptr<int> ptr2 = std::move(ptr1); // 可以通过std::move转移所有权

    if (!ptr1) {
        std::cout << "ptr1 is now empty" << std::endl;
    }
    std::cout << "ptr2: " << *ptr2 << std::endl;
}

2. std::shared_ptr

std::shared_ptr是一种共享所有权的智能指针。多个std::shared_ptr可以指向同一个对象，并通过引用计数来管理对象的生命周期。当最后一个指向该对象的std::shared_ptr被销毁时，对象才会被释放。

主要特点：

• 共享所有权，多个指针可以指向同一对象。
• 使用引用计数管理对象生命周期。

使用示例：

#include <iostream>
#include <memory>

void sharedPtrDemo() {
    std::shared_ptr<int> ptr1 = std::make_shared<int>(10);
    std::cout << "ptr1: " << *ptr1 << ", use_count: " << ptr1.use_count() << std::endl;

    std::shared_ptr<int> ptr2 = ptr1; // 共享所有权
    std::cout << "ptr2: " << *ptr2 << ", use_count: " << ptr2.use_count() << std::endl;
    
    ptr1.reset(); // 释放ptr1，但对象不会被释放
    std::cout << "After reset, ptr2 use_count: " << ptr2.use_count() << std::endl;
}

3. std::weak_ptr

std::weak_ptr是一种弱引用智能指针，它不增加对象的引用计数。std::weak_ptr用于解决std::shared_ptr之间循环引用的问题。通过使用std::weak_ptr，可以安全地访问一个可能已经被销毁的对象。

主要特点：

• 不影响引用计数，不拥有对象。
• 常用于解决循环引用问题。

使用示例：

#include <iostream>
#include <memory>

void weakPtrDemo() {
    std::shared_ptr<int> sptr = std::make_shared<int>(20);
    std::weak_ptr<int> wptr = sptr; // 不增加引用计数

    std::cout << "use_count: " << sptr.use_count() << std::endl;
    if (auto spt = wptr.lock()) { // 需要检查对象是否仍然存在
        std::cout << "wptr is valid, value: " << *spt << std::endl;
    } else {
        std::cout << "wptr is expired" << std::endl;
    }

    sptr.reset(); // 释放对象
    if (auto spt = wptr.lock()) {
        std::cout << "wptr is valid, value: " << *spt << std::endl;
    } else {
        std::cout << "wptr is expired" << std::endl;
    }
}

智能指针的最佳实践

1. 优先使用std::make_shared和std::make_unique

使用std::make_shared和std::make_unique可以避免手动分配内存，提高代码的安全性和效率。

2. 避免原始指针和智能指针混用

尽量避免在智能指针管理的对象中使用原始指针，以防止未定义行为和内存泄漏。

3. 注意循环引用

使用std::shared_ptr时要特别注意循环引用问题，必要时使用std::weak_ptr来打破循环引用。

结论

智能指针是C++现代化的内存管理工具，通过自动化的内存管理和所有权语义，使得代码更安全、简洁。std::unique_ptr、std::shared_ptr和std::weak_ptr各有其独特的用途，合理使用它们可以大幅降低内存管理的复杂度，提高代码质量。在编写C++程序时，养成使用智能指针的习惯，将会受益无穷。