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1、Boost智能指針 —— boost::shared_ptr 詳解

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一、什么是 boost::shared_ptr

boost::shared_ptr 是 Boost 庫中實現的一個智能指針模板類，用于管理動態分配的對象生命周期，采用引用計數機制。多個 shared_ptr 實例可以共享同一個對象的所有權，引用計數自動管理，最后一個 shared_ptr 銷毀時，自動釋放對象，避免內存泄漏。

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二、定義與包含頭文件

#include <boost/shared_ptr.hpp>

定義方式：

boost::shared_ptr<T> ptr;

其中 T 是管理的對象類型。

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三、boost::shared_ptr 的創建方式

1. 通過裸指針創建

boost::shared_ptr<Foo> sp(new Foo());

注意：shared_ptr 接管裸指針，確保不要再手動 delete。

2. 使用 boost::make_shared（更推薦）

auto sp = boost::make_shared<Foo>(constructor_args...);

• 效率更高，分配一次內存存儲對象和引用計數，減少內存碎片。
• 異常安全。

3. 拷貝構造

boost::shared_ptr<Foo> sp2 = sp1;

兩個智能指針共享同一對象，引用計數增加。

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四、與標準容器結合使用

boost::shared_ptr 可以存儲在任何標準容器中，最常用的是 std::vector。

#include <vector>
#include <boost/shared_ptr.hpp>struct Foo {int x;Foo(int v) : x(v) {}
};int main() {std::vector<boost::shared_ptr<Foo>> vec;vec.push_back(boost::make_shared<Foo>(1));vec.push_back(boost::make_shared<Foo>(2));vec.push_back(boost::make_shared<Foo>(3));for (auto& ptr : vec) {std::cout << ptr->x << std::endl;}
}

優點：

• 自動管理內存，不用擔心容器銷毀時忘了釋放。
• 復制容器時引用計數正確遞增。
• 允許多個容器共享相同對象。

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五、常用成員函數介紹

函數名	說明
use_count()	返回當前共享對象的引用計數
reset()	釋放當前管理對象，指針置空
get()	返回裸指針，不影響引用計數
operator*()	解引用指針，返回對象引用
operator->()	訪問對象成員
unique()	判斷是否唯一擁有者

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六、示例代碼（完整）

#include <iostream>
#include <vector>
#include <boost/shared_ptr.hpp>
#include <boost/make_shared.hpp>struct Foo {int data;Foo(int d) : data(d) { std::cout << "Foo ctor " << data << std::endl; }~Foo() { std::cout << "Foo dtor " << data << std::endl; }void show() { std::cout << "Data: " << data << std::endl; }
};int main() {std::vector<boost::shared_ptr<Foo>> vec;// 創建并添加智能指針到容器vec.push_back(boost::make_shared<Foo>(10));vec.push_back(boost::make_shared<Foo>(20));std::cout << "引用計數: " << vec[0].use_count() << std::endl; // 1// 共享指針拷貝boost::shared_ptr<Foo> sp = vec[0];std::cout << "引用計數: " << vec[0].use_count() << std::endl; // 2sp->show();// 遍歷容器訪問對象for (const auto& p : vec) {p->show();}// 重置指針sp.reset();std::cout << "引用計數: " << vec[0].use_count() << std::endl; // 1return 0;
}

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七、使用注意事項

1. 避免循環引用
   如果兩個對象通過shared_ptr互相引用，會導致引用計數永遠不為零，造成內存泄漏。解決方法是使用 boost::weak_ptr 斷開循環。

2. 不要手動 delete
   shared_ptr管理的指針會自動釋放，切勿再手動 delete，否則會雙重釋放。

3. 避免與裸指針混用
   不建議同一對象既用裸指針又用智能指針管理，易造成懸掛指針。

4. 線程安全
   Boost的 shared_ptr 對引用計數的操作是線程安全的，但對象本身訪問不是線程安全，需額外同步。

5. 自定義刪除器
   支持在構造時傳入自定義刪除器，用于管理非new創建的資源。

boost::shared_ptr<FILE> filePtr(fopen("data.txt", "r"), fclose);

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八、總結

• boost::shared_ptr 是強大的共享所有權智能指針。
• 支持拷貝，自動管理引用計數。
• 能與 STL 容器完美配合使用，管理動態資源更安全。
• 需注意循環引用問題。
• C++11之后建議優先使用標準庫的 std::shared_ptr，但Boost版本在老項目和特定場景仍很重要。

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2、循環引用問題和解決方案示例1

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1. 循環引用問題示例（導致內存泄漏）

兩個對象互相用 shared_ptr 持有對方，引用計數永遠不為零，析構函數不會被調用。

#include <iostream>
#include <boost/shared_ptr.hpp>struct B; // 前置聲明struct A {boost::shared_ptr<B> ptrB;~A() { std::cout << "A析構" << std::endl; }
};struct B {boost::shared_ptr<A> ptrA;~B() { std::cout << "B析構" << std::endl; }
};int main() {boost::shared_ptr<A> a(new A);boost::shared_ptr<B> b(new B);a->ptrB = b;b->ptrA = a;// a 和 b 超出作用域后不會析構，造成內存泄漏return 0;
}

運行結果：

（無析構信息，內存泄漏）

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2. 解決方案：使用 boost::weak_ptr 斷開循環引用

把其中一個 shared_ptr 改成 weak_ptr，不會增加引用計數，從而允許正常析構。

#include <iostream>
#include <boost/shared_ptr.hpp>
#include <boost/weak_ptr.hpp>struct B; // 前置聲明struct A {boost::shared_ptr<B> ptrB;~A() { std::cout << "A析構" << std::endl; }
};struct B {boost::weak_ptr<A> ptrA;  // 用 weak_ptr 代替 shared_ptr~B() { std::cout << "B析構" << std::endl; }
};int main() {boost::shared_ptr<A> a(new A);boost::shared_ptr<B> b(new B);a->ptrB = b;b->ptrA = a;  // 賦值給 weak_ptr 不增加引用計數std::cout << "a.use_count() = " << a.use_count() << std::endl; // 1std::cout << "b.use_count() = " << b.use_count() << std::endl; // 2// 訪問 weak_ptr 對象需先 lock()if (auto lockedA = b->ptrA.lock()) {std::cout << "訪問成功，a對象還存在" << std::endl;} else {std::cout << "a對象已銷毀" << std::endl;}return 0;
}

運行結果：

a.use_count() = 1
b.use_count() = 2
訪問成功，a對象還存在
B析構
A析構

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3. 說明

• boost::weak_ptr 不控制對象生命周期，不會增加引用計數。
• 使用 weak_ptr::lock() 獲取 shared_ptr，判斷對象是否仍存在。
• weak_ptr 用于觀察對象，避免循環引用導致的內存泄漏。
• 循環引用一般是父子、互相持有關系時的常見問題。

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3、復雜父子關系 & 圖結構循環引用示例2

假設有一棵樹或者有向圖結構，節點互相引用，父節點持有子節點的強引用，子節點持有父節點的弱引用，防止循環引用。

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示例說明

• Node 結構有：

  • children：shared_ptr 容器，擁有子節點
  • parent：weak_ptr，指向父節點，避免循環引用

• 結構可以擴展成任意多層復雜關系。

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代碼示例

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <boost/shared_ptr.hpp>
#include <boost/weak_ptr.hpp>struct Node {std::string name;boost::weak_ptr<Node> parent;                    // 指向父節點的弱引用std::vector<boost::shared_ptr<Node>> children;   // 擁有子節點的強引用Node(const std::string& n) : name(n) {std::cout << "Node " << name << " 創建" << std::endl;}~Node() {std::cout << "Node " << name << " 銷毀" << std::endl;}// 添加子節點void addChild(boost::shared_ptr<Node> child) {child->parent = shared_from_this(); // 這里需要啟用enable_shared_from_thischildren.push_back(child);}// 輸出結構，遞歸void printTree(int depth = 0) {std::cout << std::string(depth * 2, ' ') << name << std::endl;for (auto& child : children) {child->printTree(depth + 1);}}
};// 使 Node 支持 shared_from_this()
struct NodeWrapper : public Node, public boost::enable_shared_from_this<Node> {using Node::Node;using boost::enable_shared_from_this<Node>::shared_from_this;
};int main() {// 創建根節點boost::shared_ptr<NodeWrapper> root = boost::make_shared<NodeWrapper>("root");// 創建子節點boost::shared_ptr<NodeWrapper> child1 = boost::make_shared<NodeWrapper>("child1");boost::shared_ptr<NodeWrapper> child2 = boost::make_shared<NodeWrapper>("child2");// 構建樹結構root->addChild(child1);root->addChild(child2);boost::shared_ptr<NodeWrapper> grandchild = boost::make_shared<NodeWrapper>("grandchild");child1->addChild(grandchild);// 輸出樹結構root->printTree();// 訪問父節點if (auto p = grandchild->parent.lock()) {std::cout << grandchild->name << " 的父節點是 " << p->name << std::endl;} else {std::cout << "父節點不存在" << std::endl;}return 0;
}

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重點說明

1. boost::enable_shared_from_this
   使對象能夠安全調用 shared_from_this()，獲得自身的 shared_ptr，用于設置子節點的 parent 指針。

2. 父節點用 weak_ptr
   這樣即使子節點持有父節點指針，也不會增加引用計數，避免循環引用。

3. 內存自動管理
   程序結束時，所有節點都會自動析構，輸出析構信息，證明無內存泄漏。

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運行結果示例

Node root 創建
Node child1 創建
Node child2 創建
Node grandchild 創建
rootchild1grandchildchild2
grandchild 的父節點是 child1
Node grandchild 銷毀
Node child1 銷毀
Node child2 銷毀
Node root 銷毀

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