C++智能指针：从内存裸奔到安全驾驶（附保姆级代码示例）

---

大家好呀，我是灰灰，上期咱们聊完引用，不少小伙伴在评论区哭诉内存泄漏的惨痛经历。今天咱们就来解锁C++的"自动驾驶"神器——智能指针！从此告别new/delete的手动挡时代，系好安全带，发车啦！

---

一、智能指针是什么？为什么需要它？

1.1 手动管理内存的痛

void 作死示例() {
    int* 裸指针 = new int[10086];  // 申请
    // ... 一顿操作猛如虎 ...
    if(rand() % 2) return;       // 50%概率忘记释放！
    delete[] 裸指针;              // 内存泄漏的万恶之源
}

经典翻车现场：

• 忘记delete → 内存泄漏
• 提前delete → 野指针
• 异常导致跳过delete → 泄漏

1.2 智能指针的救世主本质

智能指针就像你的私人管家，它本质上是一个类，当失去作用时会调用其析构函数，自动释放内存：
1️⃣ 自动释放：对象销毁时自动清理内存
2️⃣ 异常安全：哪怕程序崩溃也不泄漏
3️⃣ 所有权明确：清晰表达资源归属

二、智能指针创建三大姿势

智能指针的基础模板是：

std::unique_ptr<T, DeleterType> ptr(原始指针, 删除器);

因此我们只需要将需要管理的指针交给它托管。

（删除器是可选项，默认是使用delete或delete[]，但是遇到一些不能通过delete释放的资源，比如管理fopen()返回的FILE*（需用fclose()关闭），就需要自定义删除器了，如果有需要以后会有专门一篇文章讲解哦）

1.1 直接构造法（传统手艺）

// 裸指针转智能指针（慎用！）
std::unique_ptr<int> 管家1(new int(42)); 
std::shared_ptr<std::string> 管家2(new std::string("Hello"));

适用场景：

• 需要自定义删除器时
• 兼容老旧代码

危险警告：

int* 裸指针 = new int(10);
std::shared_ptr<int> 管家A(裸指针);
std::shared_ptr<int> 管家B(裸指针); 
// 双重释放！两个管家各自为战

---

1.2 工厂函数法（官方推荐）

auto 安全管家1 = std::make_unique<int>(42);      // C++14+
auto 安全管家2 = std::make_shared<std::string>("Hello");

优势对比：

创建方式	内存分配次数	异常安全	代码简洁度
new + 构造函数	2次	❌	❌
make_shared	1次	✅	✅

代码示例：

// 创建数组的专属姿势
auto 数组管家 = std::make_unique<int[]>(5);  // 5个int的数组
数组管家[0] = 1;  // 像普通数组一样使用

// 自定义类型
class 学生 {
public:
    学生(string 名, int 分) : 名字(名), 分数(分) {}
};
auto 学霸 = std::make_shared<学生>("张三", 100);

---

1.3 空指针初始化法（延迟加载）

std::shared_ptr<文件类> 文件管家 = nullptr;
if(需要加载文件) {
    文件管家 = std::make_shared<文件类>("data.bin");
}

当创建好智能指针后，你完全可以把它当作一个普通的指针去使用它，但是切记不能delete哦（这是管家的工作）

---

三、三大智能指针详解

2.1 unique_ptr：专一霸道总裁

特点：

• 独占资源，拒绝共享（move-only）
• 零额外开销（和裸指针一样高效）

使用场景：

• 明确资源唯一所有者的场景
• 替代auto_ptr（C++17已废弃）

代码实战：

// 创建独占文件句柄
std::unique_ptr<FILE, decltype(&fclose)> 文件管家(fopen("data.txt", "r"), fclose);

// 自动管理动态数组
auto 数组管家 = std::make_unique<int[]>(100); 

// 所有权转移（交出控制权）
auto 新管家 = std::move(数组管家); 
// 此时数组管家变为nullptr

避坑指南：

• ❌ 禁止拷贝构造（会编译报错）
• ✅ 用reset()主动释放资源
• ✅ 通过get()获取裸指针（但不要手动delete！）

---

2.2 shared_ptr：共享经济达人

特点：

• 通过引用计数共享资源
• 计数归零自动释放
• 支持自定义删除器

代码实战：

class 大对象 {
public:
    ~大对象() { cout << "我挂了..."; }
};

// 创建共享资源
auto 共享资源 = std::make_shared<大对象>(); 

{
    auto 副本1 = 共享资源;  // 引用计数+1
    auto 副本2 = 共享资源;  // 引用计数+1 → 3
} // 离开作用域计数-2 → 1

} // 最后离开作用域计数归零，触发析构

经典翻车现场：循环引用

class 甲 {
public:
    std::shared_ptr<乙> 乙指针;
};
class 乙 {
public:
    std::shared_ptr<甲> 甲指针;
};

auto 甲哥 = std::make_shared<甲>();
auto 乙哥 = std::make_shared<乙>();
甲哥->乙指针 = 乙哥;
乙哥->甲指针 = 甲哥;  // 引用计数永远≥1，内存泄漏！

---

2.3 weak_ptr：打破循环的钥匙

特点：

• 观察者模式，不增加引用计数
• 需通过lock()获取可用的shared_ptr

拯救循环引用：

class 乙 {
public:
    std::weak_ptr<甲> 甲指针;  // 改用weak_ptr
};

auto 甲哥 = std::make_shared<甲>();
auto 乙哥 = std::make_shared<乙>();
甲哥->乙指针 = 乙哥;
乙哥->甲指针 = 甲哥;  // 现在可以正确释放了！

// 使用示例
if(auto 临时管家 = 乙哥->甲指针.lock()) {
    临时管家->操作();  // 安全访问
} else {
    cout << "对象已释放";
}

---

四、智能指针性能揭秘

3.1 性能对比表

指针类型	内存开销	线程安全	适用场景
unique_ptr	0额外开销	非线程安全	独占资源、性能敏感
shared_ptr	2倍指针大小	引用计数原子操作	共享资源
weak_ptr	2倍指针大小	同shared_ptr	打破循环引用

3.2 最佳实践

1️⃣ 优先使用make_shared/make_unique：

• 避免内存碎片
• 异常安全（不会出现new完没赋给指针的情况）

❌ 危险操作：

process(shared_ptr<大对象>(new 大对象), 其他函数()); 
// 若`其他函数()`抛出异常，可能泄漏！

✅ 安全写法：

process(std::make_shared<大对象>(), 其他函数());

---

五、智能指针常用函数手册

3.1 通用函数全家桶

函数	作用	示例
reset()	释放当前资源	管家.reset();
get()	获取裸指针（慎用！）	int* p = 管家.get();
operator->	访问成员	管家->存款 += 100;
operator*	解引用	int value = *管家;
operator bool	判断是否为空	if(管家) { ... }

---

3.2 shared_ptr专属技能

函数	作用	示例
use_count()	查看引用计数	cout << 管家.use_count();
unique()	判断是否唯一所有者	if(管家.unique()) { ... }
swap()	交换两个shared_ptr	管家A.swap(管家B);

---

3.3 unique_ptr黑科技

函数	作用	示例
release()	释放所有权返回裸指针	int* p = 管家.release();
swap()	交换两个unique_ptr	管家A.swap(管家B);

---

六、避坑宝典（血泪经验）

❌ 大坑1：混用裸指针和智能指针

auto 管家 = std::make_shared<大对象>();
大对象* 裸指针 = 管家.get();

delete 裸指针;  // 导致双重释放！
管家->操作();    // 程序崩溃！

❌ 大坑2：在多个shared_ptr中托管同一裸指针

auto* 裸指针 = new 大对象;
std::shared_ptr<大对象> 管家1(裸指针);
std::shared_ptr<大对象> 管家2(裸指针); 
// 双重释放！引用计数不共享

✅ 正确姿势：始终使用make_shared

auto 安全管家1 = std::make_shared<大对象>();
auto 安全管家2 = 安全管家1;  // 共享计数

---

七、总结：智能指针三定律

1️⃣ 能用智能指针就不用裸指针：

• 除非和C API交互，其他情况无脑用

2️⃣ 能unique就不shared：

• 优先用unique_ptr，必须共享再用shared_ptr

3️⃣ 循环引用必用weak_ptr：

• 遇到环形引用关系，立刻掏出weak_ptr破局

---

智能指针就像C++世界的自动驾驶系统——你负责指明方向（业务逻辑），它负责安全驾驶（内存管理）。下期想听什么？评论区告诉！咱们《C++移动语义：从深拷贝到零成本搬运》见！