C++ 智能指針

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一、智能指針類型概覽

C++ 標準庫提供以下智能指針（需包含頭文件 <memory>）：

1. unique_ptr：獨占所有權，不可復制， 可移動
2. shared_ptr：共享所有權，用于引用計數
3. weak_ptr：觀察 shared_ptr 對象，不增加計數

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二、unique_ptr（獨占指針）

核心特性：

• 唯一擁有指向對象的所有權
• 支持移動語義（所有權轉移）
• 離開作用域自動釋放內存

#include <iostream>
#include <memory>void unique_ptr_demo() {// 創建智能指針 (C++14推薦make_unique)std::unique_ptr<int> p1 = std::make_unique<int>(10);// 訪問數據std::cout << *p1 << std::endl;  // 輸出：10// 所有權轉移std::unique_ptr<int> p2 = std::move(p1);std::cout << (p1 ? "非空" : "空") << std::endl;  // 輸出：空
}int main() {unique_ptr_demo();return 0;
}

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三、shared_ptr（共享指針）

核心特性：

• 通過引用計數共享所有權
• 最后一個指針銷毀時釋放內存
• 支持自定義刪除器

#include <iostream>
#include <memory>class Data {
public:Data() { std::cout << "Data構造" << std::endl; }~Data() { std::cout << "Data析構" << std::endl; }
};void shared_ptr_demo() {std::shared_ptr<Data> p1;{ // 內部作用域auto p2 = std::make_shared<Data>();p1 = p2;  // 共享所有權std::cout << "引用計數: " << p1.use_count() << std::endl;  // 輸出：2}std::cout << "引用計數: " << p1.use_count() << std::endl;  // 輸出：1
}int main() {shared_ptr_demo();return 0;
}

share_ptr引起的循環引用的問題。循環引用就是內存泄漏。 因為對象之間相互引用，使得引用計數永遠不會變為 0 ，對象所占用的堆內存一直無法被釋放。隨著程序運行，不斷出現這種循環引用的情況，會導致可用內存越來越少，最終可能使程序崩潰，或者引發系統性能問題。

#include <memory>
#include <iostream>class B;
class A {
public:std::shared_ptr<B> bptr;~A() {std::cout << "~A()" << endl;}
};class B {
public:std::shared_ptr<A> aptr;~B() {std::cout << "~B()" << endl;}
};int main() {std::shared_ptr<A> aa = std::make_shared<A>();std::shared_ptr<B> bb = std::make_shared<B>();aa->bptr = bb;bb->aptr = aa;return 0;
}

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四、weak_ptr（弱指針）

weak_ptr 是一種弱引用智能指針，它指向由 shared_ptr 管理的對象，但不增加對象的引用計數
核心特性：

• 不增加引用計數
• 解決 shared_ptr 循環引用問題
• 必須轉換為 shared_ptr 才能訪問數據

#include <iostream>
#include <memory>class Node {
public:std::weak_ptr<Node> partner;  // 使用weak_ptr打破循環~Node() { std::cout << "節點銷毀" << std::endl; }
};void weak_ptr_demo() {auto node1 = std::make_shared<Node>();auto node2 = std::make_shared<Node>();node1->partner = node2;node2->partner = node1;if(auto sp = node1->partner.lock()) { std::cout << "有效伙伴節點" << std::endl; }
}int main() {weak_ptr_demo();return 0;
}

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五、編譯與運行

1. 編譯命令：

   g++ -std=c++14 -o smart_ptr_demo smart_ptr_demo.cpp
   

2. 運行結果：

   Data構造
   引用計數: 2
   引用計數: 1
   Data析構
   節點銷毀
   節點銷毀
   

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六、選擇指南

指針類型	使用場景	性能開銷
unique_ptr	獨占資源的場景（90%日常使用）	無
shared_ptr	需要共享所有權的復雜場景	有
weak_ptr	解決循環引用或觀察共享資源	低

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最佳實踐：

1. 優先使用 make_unique/make_shared 創建指針
2. 避免裸指針與智能指針混用
3. 明確所有權關系，能用 unique_ptr 就不用 shared_ptr