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C++ shared_ptr怎么工作 引用计数机制解析

P粉602998670

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发布时间:2025-08-23 09:24:02

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来源于php中文网

原创

shared_ptr通过引用计数管理对象生命周期,多个指针共享同一控制块,引用计数为0时自动释放资源;使用make_shared提升性能,避免裸指针重复构造导致多控制块;循环引用需用weak_ptr打破,确保内存安全释放。

c++ shared_ptr怎么工作 引用计数机制解析

在C++中,shared_ptr 是一种智能指针,用于管理动态分配的对象,确保对象在不再被使用时自动释放。它通过引用计数机制实现共享所有权,多个 shared_ptr 可以指向同一个对象,只有当最后一个指向该对象的 shared_ptr 被销毁或重置时,对象才会被删除。

引用计数的基本原理

shared_ptr 内部维护两个指针:一个指向实际管理的对象,另一个指向控制块(control block)。控制块中包含引用计数、弱引用计数以及可能的自定义删除器和分配器。

每当一个新的 shared_ptr 通过拷贝构造或赋值操作共享同一个对象时,引用计数加1。当某个 shared_ptr 被销毁或重新赋值时,引用计数减1。当引用计数变为0时,说明没有 shared_ptr 再指向该对象,系统会自动调用删除器释放对象内存。

例如:

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shared_ptr ptr1 = make_shared(42);
shared_ptr ptr2 = ptr1; // 引用计数变为2
ptr1.reset(); // 引用计数减为1,对象未释放
ptr2.reset(); // 引用计数减为0,对象被删除

控制块的创建时机

控制块并不是在所有情况下都立即创建。它的创建遵循以下规则:

  • 使用 make_shared 时,对象和控制块在同一个内存块中分配,效率更高。
  • 通过裸指针构造 shared_ptr 时,会单独分配控制块。
  • weak_ptr 提升为 shared_ptr 时,如果对象还活着,会复用已有的控制块。

重要的是,同一个对象不应被多个独立的裸指针分别构造 shared_ptr,否则会导致多个控制块,引发重复释放或计数错误。

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循环引用问题与 weak_ptr

当两个对象通过 shared_ptr 相互持有对方时,引用计数永远不会归零,造成内存泄漏。这种情况称为循环引用。

解决方案是使用 weak_ptr。它不增加引用计数,只观察对象是否存在。在需要访问对象时,可尝试提升为 shared_ptr,如果对象已释放,提升会失败。

例如:

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;

struct Node {
shared_ptr next;
weak_ptr prev; // 避免循环引用
};

基本上就这些。理解 shared_ptr 的引用计数机制,关键在于掌握控制块的生命周期和共享语义。正确使用能极大提升代码安全性和可维护性。

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