【C++】智能指针：内存管理的“自动导航仪”
在现代 C++（C++11 及以后）中，智能指针是管理动态内存最推荐、最安全的方式。
它们的核心目标是：
- 自动释放内存（RAII 思想）
- 防止内存泄漏
- 避免悬垂指针
- 减少手动
delete的出错概率
C++ 标准库提供了三种主要智能指针，它们各有明确的使用场景和权衡。
一、智能指针家族对比表（强烈建议背下来）
| 智能指针类型 | 头文件 | 所有权语义 | 是否可拷贝 | 是否可移动 | 主要使用场景 | 开销 | 线程安全 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
std::unique_ptr<T> | <memory> | 独占所有权 | 否 | 是 | 资源唯一拥有者、工厂函数返回值、Pimpl | 极低（几乎无） | 否 |
std::shared_ptr<T> | <memory> | 共享所有权 | 是 | 是 | 需要多个对象共享同一资源、容器元素 | 较高（引用计数） | 否（计数器线程安全） |
std::weak_ptr<T> | <memory> | 弱引用（不拥有） | 是 | 是 | 打破 shared_ptr 循环引用、缓存、观察者 | 极低（不增计数） | 否 |
二、三大智能指针详解与使用规范
1. std::unique_ptr（独占所有权，最轻量）
特点：
- 同一时刻只有一个
unique_ptr拥有资源 - 不可拷贝，只能移动（
std::move） - 析构时自动
delete指向的对象 - 开销几乎为零（通常只占一个指针大小）
最常见用法：
#include <memory>
#include <iostream>
class Resource {
public:
~Resource() { std::cout << "资源被销毁\n"; }
};
int main() {
// 方式1：推荐的现代写法
auto ptr = std::make_unique<Resource>(); // C++14+
// 方式2：显式构造（C++11）
std::unique_ptr<Resource> p1(new Resource());
// 转移所有权（非常重要）
auto p2 = std::move(p1); // p1 变为空，p2 获得所有权
// 访问
if (p2) {
// 使用 *p2 或 p2.get()
}
// 离开作用域自动销毁
}常用场景：
- 工厂函数返回值
- RAII 封装文件句柄、socket、锁等
- Pimpl 模式（私有实现）
- 作为类成员（独占资源）
注意：
不要用 new 后直接赋值给 unique_ptr 裸指针变量，会导致双重释放风险。
错误示范：
Resource* raw = new Resource();
std::unique_ptr<Resource> p1(raw);
std::unique_ptr<Resource> p2(raw); // 灾难！双重 delete正确示范：
auto p1 = std::make_unique<Resource>();
auto p2 = std::move(p1);2. std::shared_ptr（共享所有权，引用计数）
核心机制：引用计数（reference counting）
- 每个
shared_ptr内部维护两个指针： - 指向实际对象的原始指针
- 指向控制块的指针（存放引用计数、删除器、弱引用计数等）
创建方式对比（非常重要）：
// 不推荐（异常不安全）
std::shared_ptr<T> p(new T());
// 推荐（异常安全，性能更好）
auto p = std::make_shared<T>(); // C++11 起，最推荐引用计数变化规则：
| 操作 | 强引用计数变化 | 弱引用计数变化 | 对象是否销毁 |
|---|---|---|---|
shared_ptr 拷贝构造/赋值 | +1 | — | — |
shared_ptr 析构 | -1 | — | 计数为0时销毁 |
weak_ptr 构造 | — | +1 | — |
weak_ptr 析构 | — | -1 | — |
weak_ptr::lock() 成功 | +1 | — | — |
经典使用场景：
- 多个对象需要共享同一份资源
- 放入容器（如
vector<shared_ptr<T>>） - 树形结构、图结构中的节点共享
循环引用问题（经典面试题）：
struct Node {
std::shared_ptr<Node> next;
~Node() { std::cout << "销毁\n"; }
};
int main() {
auto n1 = std::make_shared<Node>();
auto n2 = std::make_shared<Node>();
n1->next = n2;
n2->next = n1; // 循环引用！两个对象都不会被销毁
}解决办法：用 weak_ptr 打破环
struct Node {
std::weak_ptr<Node> next; // 改为 weak_ptr
};3. std::weak_ptr（观察者，不拥有所有权）
核心作用：
- 不增加强引用计数
- 不会阻止对象的析构
- 可通过
lock()尝试转换为shared_ptr - 常用于缓存、观察者模式、打破循环引用
典型用法：
std::shared_ptr<int> sp = std::make_shared<int>(42);
std::weak_ptr<int> wp = sp;
if (auto locked = wp.lock()) {
std::cout << *locked << "\n"; // 42
} else {
std::cout << "对象已销毁\n";
}三、现代 C++ 智能指针最佳实践总结
- 优先使用
std::make_unique/std::make_shared - 需要共享所有权才用
shared_ptr - 独占资源一律用
unique_ptr - 用
weak_ptr解决循环引用或临时观察 - 永远不要把
new得到的裸指针直接存到多个智能指针中 - 容器中存储对象指针时，优先考虑
shared_ptr或unique_ptr - 不要在函数参数中使用
shared_ptr传参（除非明确需要共享所有权）
- 正确：
void func(const Widget&)或void func(Widget*) - 不推荐：
void func(std::shared_ptr<Widget>)（除非函数要保存一份）
四、常见面试高频问题
unique_ptr和shared_ptr的区别？- 为什么
make_shared比shared_ptr(new T)更好？ weak_ptr有什么用？如何检测对象是否还活着？- 什么是循环引用？如何用智能指针解决？
shared_ptr的控制块包含什么信息？unique_ptr能否拷贝？如何转移所有权？
如果你想继续深入某个部分，例如：
- 自定义删除器（deleter）
enable_shared_from_this用法与原理shared_ptr和weak_ptr实现原理（控制块结构）- 智能指针在多线程中的正确用法
- 经典手撕题目：实现简易
shared_ptr
随时告诉我，我可以继续展开详细讲解或代码实现。
