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Cherno C++ 学习笔记智能指针

news 来源：原创 2025/6/8 11:09:53

这一篇我们会讲到一个C++当中非常重要的特性，也就是智能指针smart pointer。在我们知道了new和delete两个关键字之后，我们了解了如何在堆上分配内存以及如何释放内存。但是当我们new了一个或者一堆对象之后，很多时候我们会容易忘掉delete所有需要delete的对象，从而造成内存泄漏，因此我们希望能有一个帮我们自动化new&delete过程的指针，可以让我们在new一个对象的时候不需要进行delete操作，而随着作用域的结束自动释放这部分内存。甚至在有些时候，我们连new关键字都不需要写了。

智能指针其实就是包装了普通指针的类，而基于我们使用的智能指针的类型，内存会在某一个时刻释放。

首先我们介绍一下unique ptr智能指针，需要注意的是使用智能指针一定要包含头文件memory：

#include<iostream>
#include<string>
#include<memory>class Entity {
public:Entity() {std::cout << "New Entity is Constructed!" << std::endl;}~Entity() {std::cout << "Old Entity is Destroyed!" << std::endl;}
};int main() {{std::unique_ptr<Entity>entity(new Entity());}std::cin.get();
}

通过调试我们可以看到，只要离开了作用域，Entity类的析构函数就自动被调用了，我们就完成了实例化对象的构建与销毁。

但是在使用的时候有几点需要注意，首先如果我们这样写的话是会报错的：

std::unique_ptr<Entity>entity = new Entity();

因为如果我们点开unique_ptr的源码，寻找它的构造函数，会发现它的构造函数是被标明显式的，也就是不能进行隐式转换：

template <class _Dx2 = _Dx, _Unique_ptr_enable_default_t<_Dx2> = 0>
_CONSTEXPR23 explicit unique_ptr(pointer _Ptr) noexcept : _Mypair(_Zero_then_variadic_args_t{}, _Ptr) {}

第二点，我们无法对unique ptr进行复制操作，也就是它一定是unique的，下面的语句也是会被编译器直接报错的：

std::unique_ptr<Entity>e2 = entity;

为什么呢？因为如果我们有两个unique指针，指向了同一片内存，那么当我们删除掉其中一个指针的时候，这部分内存就已经被释放出来了，那么第二个指针就没有任何意义了，所以我们不能复制unique指针，这也是为什么这种智能指针被称为unique。当然，在对unique_ptr定义当中，我们也进行了防御性编程，来保证我们想复制也复制不了：

unique_ptr(const unique_ptr&)            = delete;
unique_ptr& operator=(const unique_ptr&) = delete;

如上所示，unique_ptr的赋值以及对其引用的赋值重载函数都被定为delete了，也就是我们完全无法使用了。

还要补充的一点是，如果在我们使用智能指针的时候产生了异常，在使用上面的方法时可能会发生内存泄漏，那么为了不发生这种问题，我们可以采用下面的写法：

std::unique_ptr<Entity>entity = std::make_unique<Entity>();

我们更推荐使用这样的写法，因为它更加保险。

第二种智能指针称为共享指针，shared_ptr。shared_ptr是使用了一个称为引用计数reference counting的东西，去实现计数来判断指向的内存是否应该被释放。这个计数会统计这个指针有了多少次引用，如果计数被清零了，那么这部分内存才会释放。这样它会有优于unique_ptr的部分，即为可以复制，有个别被删除了也不影响其他的使用。

shared_ptr的使用方法也有两种：

std::shared_ptr<Entity>SharedEntity(new Entity());

std::shared_ptr<Entity>SharedEntity = std::make_shared<Entity>();

其中如果我们使用第一种写法，会因为shared ptr需要多开辟一块内存来进行存储计数，加上一个new，所以会连续开辟两次内存，这样是会稍微降低我们的效率。而第二种方法会把两个步骤合在一起，将内存开辟步骤同时完成，所以效率会更高一些。一般我们都会推荐第二种写法。

我们可以通过把两个指针放在不同的作用域里的方式来看一下效果上的不同，如下所示，我们可以把断点放在最后一句话进行调试，可以发现在出了内层的作用域之后，析构函数并没有被调用，说明这部分内存并没有被释放。

int main() {std::shared_ptr<Entity>SharedEntity = std::make_shared<Entity>();{std::shared_ptr<Entity>Shared2 = SharedEntity;}std::cin.get();
}

所以只有当所有的sharedPtr全部过期之后，才会迎来指向的目标的内存的释放。

最后一种需要介绍的智能指针是weak_ptr，这是一种和sharedptr配合使用的指针，因为我们发现sharedptr也有一个缺点，就是如果我们每次拷贝这个指针，其实都是在给这部分内存“续命”，因为引用计数会加一。但是有的时候我们只是想拷贝一下而已，我们并不想延长这部分内存的寿命，所以我们想能不能有一种指针，可以用来只是关注底层是否存在而不会为其延长寿命，这就引入了weak_ptr。weak_ptr可以用shared_ptr赋值，但是不能增加其引用计数。

对于weak_ptr，我们的使用方法如下：

int main() {std::weak_ptr<Entity>SharedEntity;{std::shared_ptr<Entity>Shared2 = std::make_shared<Entity>();SharedEntity = Shared2;}std::cin.get();
}

然后我们把断点放在cin get一行进行调试，会发现在我们离开内层的作用域之后，就已经调用了Entity类的析构函数，说明这部分内存已经被释放了。

通过使用这几种不同的智能指针，我们可以做到很轻松的自动化管理内存，但是需要注意的一点是，因为sharedptr还是会有一定的额外内存开销，所以如果可以我们还是优先选用uniqueptr。

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