C++之智能指针

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2026-07-06 15:59

本文内容为《C++ Primer（第五版）》相关章节整理而得。

为了更容易。更安全的使用动态内存，新的标准库提供了以下智能指针类型来管理动态对象，它的行为与常规指针类似，重要的区别是它负责自动释放所指向的类型。
- shared_ptr：允许多个指针指向同一个对象。
- unique_ptr：独占所指向的对象。
- weak_ptr：弱引用，指向shared_ptr所管理的对象。
这三种类型都定义在memory头文件中。
在早期C++中，还有一个auto_ptr智能指针，在C++98中引入，由于有缺陷，在C++11中被标记为弃用，在C++17中彻底移除，官方建议用unique_ptr替代。

一、shared_ptr类※

创建一个智能指针时，必须提供指针可以指向的类型，例如：

shared_ptr<string> p1; /// 指向string
shared_ptr<list<int>> p2; /// 指向int的list

默认初始化的智能指针中保存着一个空指针。

操作	解释	适用指针
shared_ptr<T> sp	空智能指针，指向类型为T的对象
unique_ptr<T> up	空智能指针，指向类型为T的对象
p	将p用作一个条件判断，若p指向一个对象，则为true	两个指针都适用
*p	解引用指针，获得所指向对象
p→mem	等价于(*p).mem
p.get()	返回p中保存的指针，若智能指针释放了其对象，返回的指针所指向的对象也就消失了。
swap(p,q)	交换p和q中的指针
p.swap(q)	交换p和q中的指针
make_shared<T>(args)	返回一个shared_ptr，指向一个动态分配的类型为T的对象。使用args初始化此对象。	shared_ptr独有
shared_ptr<T>p (q)	p是shared_ptr的拷贝，此操作会递增q中的计数器，q中的指针必须能转换为T*
p = q	p和q都是shared_ptr，所保存的指针必须能相互转换。此操作会递减p的引用计数，递增q的引用计数；若p的引用计数变为0，则将其管理的原内存释放。
p.unique()	若p.use_count()为1，返回true，否则返回false。
p.use_count()	返回与p共享对象的智能指针数量，可能很慢，主要用于调试。

shared_ptr<int> p3 = make_shared<int>(42); /// 指向一个值为42的int的shared_ptr
shared_ptr<int> p4 = make_shared<int>(); /// 值默认为0

当进行拷贝或赋值操作时，每个shared_ptr都会记录有多少个其他shared_ptr指向相同的对象，例如：

auto p = make_shared<int>(42); /// p指向的对象只有p一个引用者。
auto q(p);	/// p和q指向相同的对象，此对象有两个引用者。

引用计数：每个shared_ptr都有一个关联的计数器。
- 当shared_ptr被拷贝时，计数器递增。
- 当shared_ptr被赋予新值或者销毁时，计数器递减。
- 当计数器为0时，释放所管理对象。

操作	解释
shared_ptr<T> p(q)	p管理内置指针q所指向的对象，q必须指向new分配的内存，且能够转换为T*类型。
shared_ptr<T> p(u)	p从unique_ptr u接管了对象的所有权，将u置为空
shared_ptr<T> p(q, d)	p接管了内置指针q所指向的对象的所有权。q必须能转换为T*类型。p将使用可调用对象d来代替delete
shared_ptr<T> p(p2, d)	p是shared_ptr p2的拷贝，区别是p将用可调用对象d来代替delete
p.reset()	若p是唯一指向其对象的shared_ptr，reset会释放此对象。若传递了可选的参数内置指针q，会令p指向q，否则会将p置为空。若还传递了参数d，将会调用d而不是delete来释放q。
p.reset(q)
p.reset(q, d)

与shared_ptr不同，没有类似make_shared的标准库函数来返回一个unique_ptr，定义一个unique_ptr时，需将其绑定到一个new 返回的指针上，且初始化unique_ptr时必须采用直接值初始化形式：
```
unique_ptr<double> p1; /// 可以指向一个double的unique_ptr
unique_ptr<int> p2(new int(42)); /// p2指向一个值为42的int
```
由于一个unique_ptr拥有它所指向的对象，因此它不支持普通的拷贝或赋值操作。

操作	解释
unique_ptr<T> u1	空unique_ptr，可以指向类型为T的对象。u1会使用delete来释放它的指针，u2会使用一个类型为D的可调用对象来释放它的指针。
unique_ptr<T, D> u2
unique_ptr<T, D> u(d)	空unique_ptr，指向类型为T的对象，用类型D的对象代替delete。
u = nullptr	释放u指向的对象，将u置空。
u.release()	u放弃对指针的控制权，返回指针，并将u置空。
u.reset()	释放u指向的对象，如果提供了内置指针q，则令u指向q。否则将u置空。
u.reset(q)
u.reset(nullptr)

虽然不能拷贝或者赋值unique_ptr，但可以通过调用release或reset将指针的所有权从一个（非const）unique_ptr转移给另一个unique_ptr。

weak_ptr是一种不控制所指向对象生存期的智能指针，它指向一个由shared_ptr管理的对象，将一个weak_ptr绑定到一个shared_ptr不会改变shared_ptr的引用计数。

auto p = make_shared<int>(42);
weak_ptr<int> wp(p); /// wp弱共享p，p的引用计数未改变。

由于对象可能不存在，因此不能使用weak_ptr直接访问对象，而必须调用lock。
```
if (shared_ptr<int> np = wp.lock()) {} /// 如果np不为空则条件成立
```

操作	解释
weak_ptr<T> w	空weak_ptr可以指向类型为T的对象
weak_ptr<T> w(sp)	与shared_ptr sp指向相同对象的weak_ptr。T必须能转换为sp指向的类型。
w = p	p可以是一个shared_ptr或一个weak_ptr。赋值后w与p共享对象。
w.reset()	将w置为空。
w.use_count()	与w共享对象的shared_ptr的数量
w.expired()	若w.use_count()为0，则返回true，否则返回false
w.lock()	如果expired为true，返回一个空shared_ptr，否则返回一个指向w的对象的shared_ptr