C++11&14智能指针详解：std::shared_ptr与std::weak_ptr

"C++11和C++14引入了智能指针，作为解决C++动态内存管理问题的一种机制，类似于Java的垃圾回收机制。智能指针通过对象来管理资源指针，并使用计数器跟踪引用数量，当最后一个管理对象销毁时，自动释放内存。本文主要讨论两种常见的智能指针：std::shared_ptr和std::weak_ptr。" 在C++中，动态内存管理是一个关键但又容易出错的部分。传统的裸指针（如`new`分配的内存）需要程序员手动管理内存释放，如果忘记或者管理不当，可能会导致内存泄漏或悬挂指针。为了解决这个问题，C++11引入了智能指针，其中最重要的两种是`std::shared_ptr`和`std::weak_ptr`。 1. `std::shared_ptr` `std::shared_ptr`是C++标准库中的一个智能指针，它跟踪指向的对象的引用计数。每当创建一个新的`std::shared_ptr`实例来共享同一对象时，引用计数会增加；当`std::shared_ptr`实例被销毁或赋值给其他指针时，引用计数会减少。当引用计数变为零时，`std::shared_ptr`会自动调用`delete`来释放内存。这确保了即使在复杂的所有权结构中，内存也能被正确地管理。 以下是一个`std::shared_ptr`的使用示例： ```cpp #include <memory> #include <iostream> class Test { public: Test() { std::cout << "Test()" << std::endl; } ~Test() { std::cout << "~Test()" << std::endl; } }; int main() { std::shared_ptr<Test> p1 = std::make_shared<Test>(); std::cout << "1ref: " << p1.use_count() << std::endl; { std::shared_ptr<Test> p2 = p1; std::cout << "2ref: " << p1.use_count() << std::endl; } std::cout << "3ref: " << p1.use_count() << std::endl; return 0; } ``` 在这个例子中，`std::make_shared`用于创建一个`Test`对象并返回一个`std::shared_ptr`。`use_count()`方法用于查询引用计数。当创建`p2`时，`p1`的引用计数增加到2，然后在`p2`离开作用域时减少回1。当`p1`离开作用域时，`~Test()`被调用，表明对象已被删除。 2. `std::weak_ptr` `std::weak_ptr`是一种弱引用智能指针，它不增加对象的引用计数。它的设计目的是避免循环引用问题，即两个`std::shared_ptr`互相引用，导致它们的引用计数永远不会降为零，从而无法释放内存。`std::weak_ptr`可以观察`std::shared_ptr`所管理的对象，但不会拥有它。只有当`std::shared_ptr`仍然存在时，`std::weak_ptr`才能访问对象。如果所有`std::shared_ptr`实例都已销毁，`std::weak_ptr`尝试访问对象会失败。 使用`std::weak_ptr`的一个常见场景是实现观察者模式，其中观察者不应阻止被观察者被销毁。 ```cpp std::weak_ptr<Test> wp1; std::shared_ptr<Test> sp1 = std::make_shared<Test>(); wp1 = sp1; if (std::shared_ptr<Test> sp2 = wp1.lock()) { // 使用sp2访问对象 } else { // 对象已被销毁，无法访问 } ``` 在这个例子中，`wp1`是一个弱引用，不能直接访问`Test`对象。使用`lock()`方法可以检查对象是否还存在，并在存在时返回一个临时的`std::shared_ptr`。 通过使用智能指针，C++程序员可以更安全地管理动态内存，降低内存泄漏和悬挂指针的风险。`std::shared_ptr`和`std::weak_ptr`提供了强大且灵活的工具，帮助构建健壮的、无内存问题的C++程序。