超詳細(xì)解析！C++ 智能指針的工作原理

智能指針是一種自動(dòng)管理堆上對(duì)象指針的 c++++ 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它通過(guò)引用計(jì)數(shù)機(jī)制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)內(nèi)存釋放，從而防止內(nèi)存泄漏，簡(jiǎn)化代碼，確保線程安全。它的優(yōu)勢(shì)包括：自動(dòng)釋放內(nèi)存防止內(nèi)存泄漏線程安全簡(jiǎn)化代碼。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，智能指針的作用就是輕松管理內(nèi)存釋放，更好的管理你的堆內(nèi)存。

使用時(shí)只管new即可，不用想著delete，經(jīng)典的管殺不管埋

此時(shí)我們先簡(jiǎn)單的仿寫一個(gè)智能指針的類，還原其原理：當(dāng)指向內(nèi)存時(shí)，計(jì)數(shù)器增加，當(dāng)析構(gòu)時(shí)計(jì)數(shù)器為0時(shí)，delete該空間

為什么需要智能指針

手動(dòng)管理內(nèi)存極易出錯(cuò)，例如：

忘記釋放內(nèi)存多次釋放同一塊內(nèi)存(即雙重釋放)不明確資源的所有權(quán)

智能指針類型及用途

std::unique_ptr 獨(dú)占指針

std::unique_ptr 是 C++ 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的一種智能指針，用于實(shí)現(xiàn)獨(dú)占所有權(quán)。它不能被復(fù)制，只能轉(zhuǎn)移(即通過(guò) std::move)所有權(quán)。這個(gè)轉(zhuǎn)移的過(guò)程本質(zhì)上是使用移動(dòng)語(yǔ)義，讓新指針接管對(duì)象的所有權(quán)，而原指針則被置為空。這種機(jī)制不僅提高了效率，還可以確保資源的唯一所有權(quán)不被破壞。

特點(diǎn)

所指向的內(nèi)存為自己所獨(dú)有，同一個(gè)時(shí)空中只能有一個(gè)unique_ptr指向給定的對(duì)象2. 對(duì)象不支持同類賦值和拷貝構(gòu)造，但是可以轉(zhuǎn)移

用途：適用于那些明確只有一個(gè)所有者的場(chǎng)景，不允許多處共享。

如果指向同一塊內(nèi)存會(huì)報(bào)錯(cuò)。

C++ 智能指針：深入解析其工作原理和優(yōu)勢(shì)

1. 什么是智能指針?

智能指針是一種 C++ 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它可以自動(dòng)管理指向堆上對(duì)象的指針，并負(fù)責(zé)在對(duì)象不再使用時(shí)釋放其內(nèi)存。

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2. 工作原理

智能指針通過(guò)使用引用計(jì)數(shù)機(jī)制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)內(nèi)存管理：

創(chuàng)建智能指針時(shí)：引用計(jì)數(shù)器被初始化為 1。

復(fù)制智能指針時(shí)：引用計(jì)數(shù)器遞增。

智能指針超出作用域時(shí)：引用計(jì)數(shù)器遞減。

引用計(jì)數(shù)器達(dá)到 0 時(shí)：智能指針釋放指向的對(duì)象的內(nèi)存。

3. 優(yōu)勢(shì)

智能指針提供以下優(yōu)勢(shì)：

自動(dòng)內(nèi)存釋放：自動(dòng)管理內(nèi)存，無(wú)需手動(dòng)釋放。

防止內(nèi)存泄漏：引用計(jì)數(shù)器確保在對(duì)象不再使用時(shí)釋放內(nèi)存。

線程安全：內(nèi)部引用計(jì)數(shù)機(jī)制確保多線程環(huán)境下的安全。

簡(jiǎn)化代碼：通過(guò)自動(dòng)化內(nèi)存管理，簡(jiǎn)化了代碼并減少了錯(cuò)誤的可能性。

智能指針存在的意義

智能指針主要解決以下問(wèn)題：

(1)內(nèi)存泄漏：內(nèi)存手動(dòng)釋放，使用智能指針可以自動(dòng)釋放。

(2)共享所有權(quán)指針的傳播和釋放，比如多線程使用同一個(gè)對(duì)象時(shí)析構(gòu)問(wèn)題。

智能指針的實(shí)現(xiàn)依賴于C++語(yǔ)言的RAII(資源獲取即初始化)技術(shù)，即資源的獲取和釋放應(yīng)該與對(duì)象的構(gòu)造和析構(gòu)分別相關(guān)聯(lián)。這意味著，在對(duì)象構(gòu)造時(shí)分配資源，而在對(duì)象析構(gòu)時(shí)釋放資源。

智能指針的原理就是將動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存塊與一個(gè)或多個(gè)智能指針對(duì)象相關(guān)聯(lián)，以確保內(nèi)存塊在不再需要時(shí)能夠自動(dòng)釋放。通常情況下，智能指針會(huì)將內(nèi)存的所有權(quán)轉(zhuǎn)移到其自己的對(duì)象中，并在其析構(gòu)函數(shù)中釋放內(nèi)存。這樣就可以避免常見(jiàn)的內(nèi)存泄漏和釋放非法內(nèi)存等問(wèn)題。

C++里面有四個(gè)智能指針：auto_ptr、share_ptr、unique_ptr、weak_ptr。其中后三個(gè)是C++11支持的，并且第一個(gè)已經(jīng)在C++11棄用;所以，重點(diǎn)講解share_ptr、unique_ptr、weak_ptr。

它們的特點(diǎn)：

(1)unique_ptr獨(dú)占對(duì)象的所有權(quán)，由于沒(méi)有引用計(jì)數(shù)，性能較好。

(2)share_ptr共享對(duì)象的所有權(quán)，但性能略差。

(3)weak_ptr配合share_ptr，解決循環(huán)引用問(wèn)題。