智能指针

在 C++ 中，std::unique_ptr、std::shared_ptr 和 std::weak_ptr 是智能指针类型，它们的设计目的是管理动态分配的内存资源并自动释放这些资源，有助于防止内存泄漏和悬挂指针问题。

std::unique_ptr

std::unique_ptr 是一种独占所有权的智能指针，其管理的对象只能由一个 unique_ptr 控制。

特点：

• 独占资源：一个对象只能被一个 unique_ptr 拥有

• 自动删除：当 unique_ptr 销毁时，它所拥有的对象会被自动删除

• 不支持拷贝构造和赋值：不能创建副本

• 支持移动语义：可以通过移动构造和移动赋值转移所有权

示例：

#include <memory>
int main() {
    std::unique_ptr<int> uptr(new int(42));
    // uptr 管理的 int 对象将在 uptr 超出作用域时被删除
    return 0;
}

scoped_ptr

scoped_ptr（如 boost::scoped_ptr）是一个早期的、非标准智能指针，实现了独占所有权的概念，与 std::unique_ptr 类似，但限制更严格。

特点：

• 独占所有权：独占其管理的对象

• 自动删除：超出作用域时自动删除其管理的对象

• 禁止拷贝和移动：既不能拷贝也不能移动，强调资源的局部作用域性

• 轻量级：通常比 std::unique_ptr 更轻量（尤其在旧的或受限的编译环境中）

• 非标准：属于 Boost 库，新代码中应优先使用 std::unique_ptr

示例：

#include <boost/scoped_ptr.hpp>
int main() {
    boost::scoped_ptr<int> sptr(new int(42));
    // sptr 管理的 int 对象将在 sptr 超出作用域时被删除
    // boost::scoped_ptr<int> sptr2 = sptr; // 错误！禁止拷贝
    return 0;
}

std::shared_ptr

std::shared_ptr 是一种共享所有权的智能指针，多个 shared_ptr 可以同时拥有同一个对象，共同维护一个引用计数器。

特点：

• 共享资源：多个 shared_ptr 可以共享同一对象的所有权

• 引用计数：通过引用计数跟踪有多少个 shared_ptr 指向该对象

• 自动删除：当引用计数降为零时，对象被删除

• 支持拷贝构造和赋值：可以创建副本

示例：

#include <memory>
int main() {
    auto sptr = std::make_shared<int>(42);
    auto sptr2 = sptr; // sptr2 也指向同一个 int 对象
    // 当 sptr 和 sptr2 都销毁时，int 对象才会被删除
    return 0;
}

std::weak_ptr

std::weak_ptr 是一种不增加引用计数的智能指针，通常与 std::shared_ptr 一起使用，以避免循环引用问题。

特点：

• 不增加引用计数：不影响对象的生命周期

• 用于避免循环引用：解决两个 shared_ptr 互相引用的情况

• lock 方法：可将 weak_ptr 转换成 shared_ptr，如果对象已被删除则返回 nullptr

• expire 方法：判断 weak_ptr 是否已经过期（即所有 shared_ptr 已经销毁）

示例：

#include <memory>
int main() {
    auto sptr = std::make_shared<int>(42);
    auto wptr = std::weak_ptr<int>(sptr);
    if (auto sptr2 = wptr.lock()) {
        // sptr2 现在是一个指向相同对象的 shared_ptr
    } else {
        // 对象已经被删除
    }
    return 0;
}

shared_from_this

shared_from_this 是一个成员函数，通常用于配合 std::shared_ptr 使用，允许一个类实例在内部持有对其自身的 std::shared_ptr 引用。

用法

类需要从 std::enable_shared_from_this 模板类派生。

#include <memory>
class MyClass : public std::enable_shared_from_this<MyClass> {
public:
    std::shared_ptr<MyClass> getSharedThis() { return shared_from_this(); }
};

注意事项

• 循环引用：可能导致循环引用，造成内存泄漏

• 调用限制：必须在成员函数内部调用，不能在构造函数或析构函数中使用

• 对象管理：对象必须已被 shared_ptr 管理

示例

#include <iostream>
#include <memory>
class MyClass : public std::enable_shared_from_this<MyClass> {
public:
    MyClass(int value) : value_(value) {}
    void printValue() const { std::cout << "Value: " << value_ << std::endl; }
    std::shared_ptr<MyClass> getSharedThis() const { return shared_from_this(); }

private:
    int value_;
};

void useSharedPtr(const std::shared_ptr<MyClass>& ptr) {
    ptr->printValue();
}

int main() {
    auto obj = std::make_shared<MyClass>(42);
    auto sharedObj = obj->getSharedThis();
    useSharedPtr(sharedObj);
    return 0;
}

智能指针对比

特性	std::unique_ptr	boost::scoped_ptr	std::shared_ptr	std::weak_ptr
所属库	C++标准库	Boost 库	C++标准库	C++标准库
所有权模型	独占所有权	独占所有权	共享所有权	弱引用（不拥有所有权）
所有权转移	支持移动语义	禁止拷贝和移动	支持拷贝构造和赋值	从shared_ptr构造
引用计数	无	无	有，影响对象生命周期	有，但不增加引用计数
主要用途	单一所有权场景	严格的局部作用域资源管理	多指针共享同一对象的场景	解决循环引用，观察shared_ptr对象
自动删除	是（析构时自动删除）	是（析构时自动删除）	是（引用计数为 0 时删除）	否（不管理对象生命周期）
互操作性	可通过.release()转换为原始指针	封闭，不与其他智能指针交互	可与weak_ptr配合使用	通过.lock()转换为shared_ptr
现代 C++推荐	✅ 推荐使用	❌ 旧代码中使用，新项目用unique_ptr替代	✅ 推荐使用	✅ 推荐使用
循环引用处理	不涉及	不涉及	可能导致循环引用（需配合weak_ptr）	专门用于解决循环引用

shared_from_this 摘要

方面	说明
作用	允许类实例内部获取指向自身的shared_ptr
实现方式	类需继承std::enable_shared_from_this<T>
使用场景	类需要安全地将自身传递给其他对象时
限制	1. 不能在构造函数/析构函数中调用 2. 对象必须已被shared_ptr管理 3. 需注意避免循环引用
替代方案	手动传递shared_ptr参数或使用回调机制

选择指南

场景	推荐智能指针	理由
单一所有权，明确的生命周期	std::unique_ptr	轻量、高效、支持所有权转移
旧代码维护（Boost 环境）	boost::scoped_ptr	严格的局部作用域管理
共享所有权，多个对象需访问同一资源	std::shared_ptr	引用计数自动管理生命周期
观察共享资源，避免循环引用	std::weak_ptr	不影响引用计数，安全观察
类需要返回自身的共享指针	shared_from_this	安全获取指向自身的shared_ptr

注意事项

1. 性能考虑：shared_ptr 有引用计数开销，unique_ptr 更轻量

2. 循环引用：shared_ptr 相互引用会导致内存泄漏，需用 weak_ptr 打破循环

3. 所有权设计：优先考虑 unique_ptr，只在需要共享所有权时使用 shared_ptr

4. 现代 C++：新项目应优先使用标准库智能指针（unique_ptr、shared_ptr、weak_ptr）