C++指针演进史：从std::unique_ptr到std::make_unique的演变

目录
1. C++指针基础回顾

1.1 指针的基础概念
1.2 指针与数组的关系
1.3 指针与函数的互动

2. 智能指针std::unique_ptr的诞生

2.1 智能指针的理论基础

2.1.1 智能指针与手动内存管理
2.1.2 std::unique_ptr的定义和特性

2.2 实践中的std::unique_ptr

2.2.1 使用std::unique_ptr管理内存
2.2.2 std::unique_ptr与异常安全
2.2.3 std::unique_ptr在STL容器中的应用

2.3 std::unique_ptr的局限性分析

2.3.1 与std::shared_ptr的比较

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1. C++指针基础回顾
1.1 指针的基础概念
在C++编程语言中，指针是一个基础但又十分强大的特性。指针存储了变量的内存地址，这使得程序员能够直接操作内存，以执行如动态内存分配等高级操作。尽管如此，直接操作内存地址也带来了风险，比如内存泄漏和野指针问题。随着C++的发展，智能指针应运而生，旨在帮助开发者更安全、更方便地管理内存。
1.2 指针与数组的关系
指针与数组是紧密相关的，指针可以用来遍历数组，而数组名在大多数情况下可以被当作指针使用。例如，一个数组可以通过指针来进行索引操作。理解这一点对于深入掌握C++指针是非常重要的，也为理解智能指针提供了基础。
1.3 指针与函数的互动
指针同样可以被用于函数中，既可以作为函数的参数传递复杂数据类型的地址，也可以通过指针返回多个值。这一特性使得函数能够操作实际的数据，而不仅仅是在函数内部处理值的副本。对于理解如何在C++中有效使用智能指针来说，这是另外一个关键点。
void exampleFunction(int* ptr) { if (ptr) { *ptr = 10; // 修改指针指向的值 }}int main() { int a = 5; exampleFunction(&a); // 传递指针 // a 现在是 10 return 0;}
在上述代码中，exampleFunction接收一个整型指针作为参数，并通过解引用操作符*修改了指针指向的值。这展示了函数与指针之间的基本互动方式。通过掌握这些基础知识，我们将能够更好地理解后续章节中智能指针的高级用法。
2. 智能指针std::unique_ptr的诞生
2.1 智能指针的理论基础
2.1.1 智能指针与手动内存管理
智能指针是C++标准库提供的一类特殊的指针类模板，旨在简化动态内存管理，并解决手动分配和释放内存带来的潜在风险。在C++中，手动管理内存通常涉及使用new和delete操作符来分配和释放内存。这种方式虽灵活，但容易出错，容易导致内存泄漏和重复释放等问题。
为了防止这类问题，智能指针应运而生。std::unique_ptr是其中最基本的一种，它封装了原始指针，并在std::unique_ptr对象销毁时自动释放所管理的内存。这种自动释放内存的行为减少了忘记delete的风险，从而提高了程序的安全性。
// 示例：std::unique_ptr的基本用法#include <iostream>#include <memory>int main() { std::unique_ptr<int> p = std::make_unique<int>(10); std::cout << *p << std::endl; // 输出：10 // 离开作用域，p被销毁，管理的内存自动释放 return 0;}
上述代码中，我们创建了一个std::unique_ptr对象p，并使用std::make_unique来初始化它。这样我们就不需要手动调用delete来释放内存，当p的生命周期结束时，它所管理的内存会自动被释放。
2.1.2 std::unique_ptr的定义和特性
std::unique_ptr属于RAII（Resource Acquisition Is Initialization）资源获取即初始化原则的应用，这种设计模式通过构造函数获取资源，在析构函数释放资源，从而确保资源的生命周期得到妥善管理。
std::unique_ptr的特点是拥有它所指向的资源。它不允许复制构造函数（拷贝构造函数已被删除），但允许通过移动语义将资源的所有权从一个std::unique_ptr转移到另一个。当std::unique_ptr被销毁时，它所指向的资源也会随之销毁。
// 示例：std::unique_ptr不允许复制构造，允许移动构造#include <iostream>#include <memory>void process(std::unique_ptr<int>&& p) { std::cout << *p << std::endl;}int main() { std::unique_ptr<int> p1 = std::make_unique<int>(10); std::unique_ptr<int> p2 = std::move(p1); // 使用移动语义转移所有权 // p1现在为空，p2拥有资源的所有权 process(std::move(p2)); // 将资源所有权传递给process函数 // p2现在为空 return 0;}
在上面的代码示例中，std::unique_ptr<int>被移动构造后，资源的所有权从p1转移到了p2。随后，p2的所有权再次被转移给process函数。值得注意的是，移动后原std::unique_ptr将不再拥有资源，从而避免了资源的双重释放。
2.2 实践中的std::unique_ptr
2.2.1 使用std::unique_ptr管理内存
使用std::unique_ptr来管理动态分配的内存资源是一种安全且方便的方法。它比手动管理内存更可靠，因为std::unique_ptr保证了资源的自动释放，即使在发生异常的情况下也不会导致内存泄漏。
#include <iostream>#include <memory>#include <stdexcept>// 模拟一个可能抛出异常的函数void riskyOperation() { throw std::runtime_error("Exception occurred!");}int main() { std::unique_ptr<int> p = std::make_unique<int>(10); try { riskyOperation(); std::cout << *p << std::endl; // 如果没有异常发生，则输出10 } catch (...) { // 如果抛出异常，p会自动销毁，所指向的内存会被释放 } return 0;}
在上述示例中，如果riskyOperation函数抛出异常，由于p是一个std::unique_ptr，所以它会自动销毁，所指向的内存资源会得到释放，避免了内存泄漏的风险。
2.2.2 std::unique_ptr与异常安全
异常安全是C++编程中必须考虑的问题，特别是在资源管理方面。异常安全涉及在异常发生时，是否能保持对象状态的一致性，以及是否能清理已经分配的资源，避免资源泄漏。
由于std::unique_ptr在其析构函数中释放资源，它天然支持异常安全。无论是函数正常返回，还是因为异常而退出，std::unique_ptr都会确保资源被正确释放。
#include <iostream>#include <memory>#include <stdexcept>void potentiallyThrowingFunction() { throw std::runtime_error("An exception was thrown!");}void doSomethingWithUniquePtr(std::unique_ptr<int>& ptr) { try { potentiallyThrowingFunction(); } catch (...) { // 异常发生，即使在函数内部，资源也会被std::unique_ptr自动释放 }}int main() { std::unique_ptr<int> ptr = std::make_unique<int>(42); doSomethingWithUniquePtr(ptr); // 如果异常发生，ptr的析构函数将被调用，释放资源 return 0;}
上面的代码中，即使potentiallyThrowingFunction抛出了异常，std::unique_ptr会自动清理其管理的资源，确保异常安全。
2.2.3 std::unique_ptr在STL容器中的应用
std::unique_ptr可以存储在标准模板库（STL）容器中，如std::vector或std::list。这提供了一种方便的方式来管理一个动态对象集合。
然而，需要注意的是，不能在STL容器中复制std::unique_ptr，因为复制构造函数已被删除。但可以通过插入std::unique_ptr的副本（移动语义）到容器中，来间接地实现复制效果。
#include <iostream>#include <memory>#include <vector>int main() { std::vector<std::unique_ptr<int>> vec; vec.emplace_back(std::make_unique<int>(10)); vec.emplace_back(std::make_unique<int>(20)); // vec现在拥有两个std::unique_ptr对象 for (auto& p : vec) { std::cout << *p << std::endl; // 输出10和20 } return 0;}
在这个例子中，我们使用emplace_back方法将std::unique_ptr<int>添加到了std::vector中。这是通过移动语义完成的，因此每个std::unique_ptr在容器中都是独立拥有的。
2.3 std::unique_ptr的局限性分析
2.3.1 与std::shared_ptr的比较
std::unique_ptr和std::shared_ptr是两种不同的智能指针，它们在内存管理上各有优劣。std::unique_ptr的所有权是排他的，而std::shared_ptr允许多个指针共享资源的所有权，其引用计数跟踪有多少个std::shared_ptr对象共享同一资源。
std::unique_ptr适合那些