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智能指针std::shared_ptr

article 2024/11/7 19:52:12

std::shared_ptr 是 C++ 标准库中的一个智能指针类型，它实现了共享所有权的内存管理机制。以下是对 std::shared_ptr 的详细介绍：

一、定义与功能

std::shared_ptr 是一个模板类，用于管理动态分配的对象。它允许多个 std::shared_ptr 实例共享对同一个对象的所有权。当最后一个拥有该对象所有权的 std::shared_ptr 被销毁或重置时，它所管理的对象也会被自动删除。这种机制有助于避免内存泄漏和悬挂指针等问题。

二、工作原理

std::shared_ptr 的内部实现通常依赖于控制块（control block）和引用计数（reference counting）。控制块存储了指向被管理对象的指针、引用计数以及其他可能的信息（如自定义删除器）。引用计数跟踪有多少个 std::shared_ptr 实例指向同一个对象。当引用计数降为零时，控制块会释放被管理对象的内存。

三、成员函数

std::shared_ptr 提供了丰富的成员函数来管理指针和查询共享状态，包括但不限于：

get()：返回内部原始指针（裸指针）。
reset()：重置 std::shared_ptr，使其指向新的对象或变为空指针。如果指向新对象，则旧对象的引用计数会减一。
use_count()：返回当前指向该对象的 std::shared_ptr 实例的数量。
unique()：检查当前 std::shared_ptr 是否是唯一指向该对象的实例。
swap()：交换两个 std::shared_ptr 实例的内容。
operator=：赋值操作符，用于将一个 std::shared_ptr 的值赋给另一个。

四、注意事项

循环引用：当两个或多个 std::shared_ptr 实例相互引用时，会形成循环引用，导致内存无法被正确释放。此时，可以使用 std::weak_ptr 来打破循环引用。
不要将裸指针赋给智能指针：应该使用 std::make_shared 函数或 std::shared_ptr 的构造函数来初始化智能指针，而不是直接将裸指针赋给它。std::make_shared 更加高效，因为它能够同时分配控制块和对象内存。
线程安全：std::shared_ptr 的引用计数是线程安全的，可以在多线程环境中安全地使用。

五、示例代码

以下是一个简单的 std::shared_ptr 使用示例：

#include <iostream>
#include <memory>

int main() {
    // 使用 std::make_shared 创建 std::shared_ptr
    std::shared_ptr<int> ptr1 = std::make_shared<int>(42);
    std::cout << "ptr1 use_count: " << ptr1.use_count() << std::endl; // 输出 1

    // 复制 std::shared_ptr，共享所有权
    std::shared_ptr<int> ptr2 = ptr1;
    std::cout << "ptr1 use_count: " << ptr1.use_count() << std::endl; // 输出 2
    std::cout << "ptr2 use_count: " << ptr2.use_count() << std::endl; // 输出 2

    // 当 ptr1 和 ptr2 离开作用域时，内存会被自动释放
    return 0;
}