智能指针

智能指针是一种在编程中管理动态内存资源的对象。它封装了原始指针（raw pointer），并提供额外的功能，例如自动释放资源、避免内存泄漏和管理对象的生命周期。智能指针广泛用于需要动态分配内存的语言（如 C++），通过 RAII（Resource Acquisition Is Initialization）原则实现内存管理。

在 C++ 中，智能指针主要在 <memory> 头文件中定义，包括以下几种类型：

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1. std::unique_ptr

• 特点：

  • 独占所有权（一个对象只能有一个 unique_ptr 拥有它）。
  • 不可复制，但可以通过 std::move 转移所有权。
  • 适合需要明确单一所有权的场景。

• 用法：

  #include <memory>
  #include <iostream>
  
  int main() {
      std::unique_ptr<int> ptr = std::make_unique<int>(42); // 创建智能指针
      std::cout << *ptr << std::endl;                      // 输出 42
      return 0; // 离开作用域时，自动释放资源
  }

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2. std::shared_ptr

• 特点：

  • 共享所有权（多个智能指针可以共享同一个资源）。
  • 通过引用计数管理资源生命周期，计数归零时释放资源。
  • 使用场景：多个对象需要共享同一资源。

• 用法：

  #include <memory>
  #include <iostream>
  
  int main() {
      std::shared_ptr<int> ptr1 = std::make_shared<int>(42);
      std::shared_ptr<int> ptr2 = ptr1; // 共享同一资源
      std::cout << *ptr1 << ", " << *ptr2 << std::endl; // 输出 42, 42
      return 0; // 所有 `shared_ptr` 离开作用域时释放资源
  }

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3. std::weak_ptr

• 特点：

  • 与 shared_ptr 配合使用，弱引用（不增加引用计数）。
  • 用于解决循环引用问题（两个对象通过 shared_ptr 相互引用，导致资源无法释放）。
  • 在访问资源前需要检查是否有效。

• 用法：

  #include <memory>
  #include <iostream>
  
  int main() {
      std::shared_ptr<int> shared = std::make_shared<int>(42);
      std::weak_ptr<int> weak = shared; // 创建弱引用
  
      if (auto locked = weak.lock()) { // 检查资源是否有效
          std::cout << *locked << std::endl; // 输出 42
      }
      return 0; // 资源离开作用域时自动释放
  }

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优点

1. 避免内存泄漏：智能指针会自动释放资源，无需手动调用 delete。
2. 安全性：通过封装原始指针，减少指针操作中的错误（如悬空指针、重复释放）。
3. 易于使用：支持语义清晰的接口和自动管理生命周期。

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缺点

1. 引入了额外的内存开销（如 shared_ptr 的引用计数）。
2. 需要注意循环引用问题（可通过 weak_ptr 避免）。
3. 不适用于所有场景，例如实时性能要求特别高的代码。

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智能指针 vs 原始指针

特性	智能指针	原始指针
内存管理	自动释放	手动释放
安全性	更安全（防止悬空指针等问题）	容易出错
使用复杂度	较低	较高
性能	略有开销（如引用计数）	无开销

智能指针在现代 C++ 中被广泛使用，是 C++11 引入的重要功能之一，极大地提高了代码的安全性和可维护性。