共享智能指针（std::shared_ptr）

枫2025-05-242025-09-05

在 C++ 中，智能指针（Smart Pointers）是用于管理动态分配内存的工具，可以自动释放内存，避免内存泄漏。它们在 C++11 及后续标准中通过标准库提供，主要包括以下三种类型：
C++11中提供了三种智能指针，使用这些智能指针时需要引用头文件：

std::shared_ptr: 共享智能指针

std::unique_ptr: 独占智能指针

std::weak_ptr: 弱引用的智能指针，它不共享指针，不能操作资源，是用来监视shared_ptr的。

1.shared_ptr的初始化

在 C++ 中，std::shared_ptr 的初始化有多种方式，推荐使用安全且高效的方法。以下是 std::shared_ptr 的常见初始化方式及注意事项：

1.使用 std::make_shared初始化(推荐)

方式: 通过 std::make_shared 创建 std::shared_ptr，这是 C++11 引入的首选方法
优点:
- 更高效：一次性分配对象和引用计数控制块的内存。
- 更安全：避免了直接使用 new 可能导致的异常问题。

示例:

#include <memory>
#include <iostream>

struct MyClass {
    int value;
    MyClass(int v) : value(v) {}
    ~MyClass() { std::cout << "Destroyed\n"; }
};

int main() {
    std::shared_ptr<MyClass> ptr = std::make_shared<MyClass>(42);
    std::cout << ptr->value << "\n"; // 输出 42
    return 0; // 自动释放
}

适用场景：大多数情况下创建 shared_ptr 的首选方式。

2.通过构造函数和new初始化

方式: 直接将 new 分配的指针传入 std::shared_ptr 构造函数。
缺点：
- 性能稍差：new 和控制块分配是分开的。
- 不安全：如果在构造 shared_ptr 前抛出异常，可能导致内存泄漏。

示例:

#include <memory>
#include <iostream>

struct MyClass {
    ~MyClass() { std::cout << "Destroyed\n"; }
};

int main() {
    std::shared_ptr<MyClass> ptr(new MyClass());
    return 0; // 自动释放
}

注意：尽量避免此方式，优先使用 std::make_shared。

3.通过另一个 shared_ptr 初始化（共享所有权）

方式：通过拷贝构造或赋值操作，多个 shared_ptr 共享同一资源，引用计数增加。

示例：

#include <memory>
#include <iostream>

struct MyClass {
    ~MyClass() { std::cout << "Destroyed\n"; }
};

int main() {
    std::shared_ptr<MyClass> ptr1 = std::make_shared<MyClass>();
    std::shared_ptr<MyClass> ptr2 = ptr1; // 拷贝，引用计数增至 2
    std::cout << "Ref count: " << ptr1.use_count() << "\n"; // 输出 2
    return 0; // 资源在最后一个 shared_ptr 销毁时释放
}

4.通过 std::unique_ptr 转移所有权

方式：将 std::unique_ptr 的所有权转移给 std::shared_ptr。

示例：

#include <memory>
#include <iostream>

struct MyClass {
    ~MyClass() { std::cout << "Destroyed\n"; }
};

int main() {
    std::unique_ptr<MyClass> unique = std::make_unique<MyClass>();
    std::shared_ptr<MyClass> shared = std::move(unique); // 转移所有权
    std::cout << (unique == nullptr) << "\n"; // 输出 1（unique 已为空）
    return 0;
}

注意：转移后，unique_ptr 变为空。

2.指定删除器

在 C++ 中，std::shared_ptr 支持指定自定义删除器（deleter），以在资源释放时执行特定清理操作。自定义删除器在管理非标准内存资源（如文件句柄、自定义分配的内存等）或需要特殊清理逻辑时非常有用。以下是关于 std::shared_ptr 指定删除器的详细说明和示例。

1.使用函数指针作为删除器

#include <memory>
#include <iostream>

struct MyClass {
    ~MyClass() { std::cout << "MyClass destroyed\n"; }
};

// 自定义删除器函数
void customDeleter(MyClass* ptr) {
    std::cout << "Custom deleter called\n";
    delete ptr;
}

int main() {
    std::shared_ptr<MyClass> ptr(new MyClass(), customDeleter);
    return 0; // 资源释放时调用 customDeleter
}

输出:

1 2	MyClass destroyed Custom deleter called

说明：删除器 customDeleter 在 shared_ptr 销毁时被调用，执行自定义清理逻辑。

2.使用 lambda 表达式作为删除器

#include <memory>
#include <iostream>

struct MyClass {
    ~MyClass() { std::cout << "MyClass destroyed\n"; }
};

int main() {
    std::shared_ptr<MyClass> ptr(new MyClass(), [](MyClass* ptr) {
        std::cout << "Lambda deleter called\n";
        delete ptr;
    });
    return 0;
}

输出:

1 2	MyClass destroyed Lambda deleter called

优点：Lambda 表达式更灵活，适合临时定义删除逻辑。

#include <memory>
#include <functional>
#include <iostream>

struct MyClass {
    ~MyClass() { std::cout << "MyClass destroyed\n"; }
};

int main() {
    std::function<void(MyClass*)> deleter = [](MyClass* ptr) {
        std::cout << "std::function deleter called\n";
        delete ptr;
    };
    std::shared_ptr<MyClass> ptr(new MyClass(), deleter);
    return 0;
}