C++ 智能指针学习总结

智能指针是C++11引入的一种用于自动管理动态内存的工具。它们通过RAII（Resource Acquisition Is Initialization）机制，确保在智能指针对象超出作用域时，自动释放所管理的资源，从而避免内存泄漏。C++标准库提供了几种常用的智能指针类型：std::unique_ptr、std::shared_ptr和std::weak_ptr。

RAII（Resource Acquisition Is Initialization，资源获取即初始化）是一种C++编程技术，用于管理资源的生命周期。该技术的核心思想是将资源的获取与对象的生命周期绑定在一起，通过对象的构造函数获取资源，并在对象的析构函数中释放资源。这样可以确保资源在对象的生命周期内始终有效，并在对象销毁时自动释放资源，从而避免资源泄漏和其他资源管理问题。

RAII的工作原理

资源获取：在对象的构造函数中获取资源（如内存、文件句柄、网络连接等）。
资源释放：在对象的析构函数中释放资源。
作用域管理：对象在其作用域结束时自动调用析构函数，从而自动释放资源。

示例

以下是一个使用RAII管理动态内存的示例：

#include <iostream>

class RAIIExample {
public:
    // 构造函数：获取资源
    RAIIExample(size_t size) {
        data = new int[size];
        std::cout << "Resource acquired\n";
    }

    // 析构函数：释放资源
    ~RAIIExample() {
        delete[] data;
        std::cout << "Resource released\n";
    }

private:
    int* data;
};

int main() {
    {
        RAIIExample example(10); // 在作用域内创建对象，获取资源
        // 使用资源
    } // 作用域结束，自动调用析构函数，释放资源

    return 0;
}

在这个示例中，RAIIExample类的构造函数获取动态内存资源，而析构函数释放资源。当example对象超出其作用域时，析构函数会自动调用，从而释放资源。

RAII的优点

自动资源管理：通过对象的生命周期自动管理资源，减少手动管理资源的复杂性。
异常安全：在异常情况下，析构函数仍会被调用，从而确保资源被正确释放。
代码简洁：通过RAII技术，可以使代码更加简洁和易于维护。

RAII在智能指针中的应用

C++11引入的智能指针（如std::unique_ptr和std::shared_ptr）就是RAII技术的典型应用。智能指针在构造函数中获取资源，并在析构函数中释放资源，从而自动管理动态内存的生命周期。

示例

#include <memory>
#include <iostream>

class MyClass {
public:
    MyClass() { std::cout << "MyClass Constructor\n"; }
    ~MyClass() { std::cout << "MyClass Destructor\n"; }
};

int main() {
    {
        std::unique_ptr<MyClass> ptr = std::make_unique<MyClass>();
        // 使用资源
    } // 作用域结束，自动调用析构函数，释放资源

    return 0;
}

在这个示例中，std::unique_ptr在其作用域结束时自动释放所管理的MyClass对象，从而避免内存泄漏。

RAII技术通过将资源管理与对象生命周期绑定在一起，提供了一种简洁、安全和高效的资源管理方式。

`std::unique_ptr`

std::unique_ptr是独占所有权的智能指针，意味着同一时间只能有一个std::unique_ptr实例拥有某个对象的所有权。它不能被复制，但可以通过std::move转移所有权。

示例

#include <memory>
#include <iostream>

class MyClass {
public:
    MyClass() { std::cout << "MyClass Constructor\n"; }
    ~MyClass() { std::cout << "MyClass Destructor\n"; }
};

int main() {
    std::unique_ptr<MyClass> ptr1 = std::make_unique<MyClass>();
    // std::unique_ptr<MyClass> ptr2 = ptr1; // 错误：不能复制
    std::unique_ptr<MyClass> ptr2 = std::move(ptr1); // 转移所有权
    return 0;
}

`std::shared_ptr`

std::shared_ptr是共享所有权的智能指针，多个std::shared_ptr实例可以共享同一个对象的所有权。对象会在最后一个std::shared_ptr销毁时被释放。

示例

#include <memory>
#include <iostream>

class MyClass {
public:
    MyClass() { std::cout << "MyClass Constructor\n"; }
    ~MyClass() { std::cout << "MyClass Destructor\n"; }
};

int main() {
    std::shared_ptr<MyClass> ptr1 = std::make_shared<MyClass>();
    std::shared_ptr<MyClass> ptr2 = ptr1; // 共享所有权
    return 0;
}

`std::weak_ptr`

std::weak_ptr是一种不拥有对象所有权的智能指针，它必须从std::shared_ptr构造。std::weak_ptr不会影响对象的生命周期，主要用于打破循环引用。

示例

#include <memory>
#include <iostream>

class MyClass {
public:
    MyClass() { std::cout << "MyClass Constructor\n"; }
    ~MyClass() { std::cout << "MyClass Destructor\n"; }
};

int main() {
    std::shared_ptr<MyClass> sharedPtr = std::make_shared<MyClass>();
    std::weak_ptr<MyClass> weakPtr = sharedPtr; // 不影响对象生命周期

    if (auto ptr = weakPtr.lock()) { // 检查对象是否仍然存在
        std::cout << "Object is still alive\n";
    } else {
        std::cout << "Object has been destroyed\n";
    }

    return 0;
}

区别总结

std::unique_ptr：独占所有权，不能复制，只能通过std::move转移所有权。
std::shared_ptr：共享所有权，多个std::shared_ptr可以共享同一个对象，使用引用计数管理对象生命周期。
std::weak_ptr：不拥有对象所有权，不影响对象生命周期，主要用于打破循环引用。

智能指针在C++中提供了更安全和方便的内存管理方式，避免了手动管理动态内存带来的复杂性和潜在的内存泄漏问题。

RAII的工作原理#

示例#

RAII的优点#

RAII在智能指针中的应用#

示例#

std::unique_ptr#

示例#

std::shared_ptr#

示例#

std::weak_ptr#

示例#

区别总结#