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C++如何使用智能指针实现资源共享

P粉602998670

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发布时间:2025-09-15 11:33:01

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来源于php中文网

原创

使用std::shared_ptr实现资源共享,通过引用计数管理对象生命周期,配合std::weak_ptr打破循环引用,推荐使用std::make_shared创建对象,避免裸指针重复初始化,注意线程安全与所有权问题。

c++如何使用智能指针实现资源共享

在C++中,智能指针是管理动态内存和实现资源共享的重要工具。它们通过自动管理对象的生命周期,避免内存泄漏和重复释放的问题。要实现资源共享,主要使用 std::shared_ptr,它采用引用计数机制,允许多个指针共享同一个对象。

1. 使用 std::shared_ptr 实现资源共享

std::shared_ptr 是最常用的用于资源共享的智能指针。当多个 shared_ptr 指向同一对象时,引用计数会增加;当某个 shared_ptr 被销毁或重新赋值时,引用计数减少;当计数为0时,对象自动被删除。

示例代码:

#include 
#include

int main() {
std::shared_ptr ptr1 = std::make_shared(42);
std::cout << "Value: " << *ptr1 << ", Ref count: " << ptr1.use_count() << "\n";

{
std::shared_ptr ptr2 = ptr1; // 共享所有权
std::cout << "Value: " << *ptr2 << ", Ref count: " << ptr1.use_count() << "\n";
} // ptr2 离开作用域,引用计数减1

std::cout << "Ref count after ptr2 destroyed: " << ptr1.use_count() << "\n";
return 0;
}

输出:
Value: 42, Ref count: 1
Value: 42, Ref count: 2
Ref count after ptr2 destroyed: 1

2. 避免循环引用:使用 std::weak_ptr

当两个 shared_ptr 相互持有对方时,会导致引用计数无法归零,从而引发内存泄漏。这时应使用 std::weak_ptr 来打破循环。

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场景举例:

struct Node;
using NodePtr = std::shared_ptr;
using WeakNodePtr = std::weak_ptr;

struct Node {
int data;
NodePtr parent;
NodePtr child; // 如果都用 shared_ptr,父子互相引用会形成循环
// 正确做法:child 用 shared_ptr,parent 用 weak_ptr
WeakNodePtr parent_weak;

Node(int d) : data(d) {}
~Node() { std::cout << "Node " << data << " destroyed.\n"; }
};

这样,即使 child 持有 parent 的 weak_ptr,也不会增加引用计数,避免了资源无法释放的问题。

3. 创建共享对象的推荐方式:std::make_shared

使用 std::make_shared() 比直接 new 更安全高效。它在一个内存分配中同时创建控制块和对象,提升性能,并避免异常安全问题。

正确用法:
  • std::shared_ptr p = std::make_shared(arg1, arg2);
  • 不要将裸指针(new 出来的)多次赋给不同的 shared_ptr

4. 注意事项与最佳实践

使用智能指针实现资源共享时需注意以下几点:

  • 避免从 this 创建新的 shared_ptr,应让类继承 std::enable_shared_from_this
  • 不要将同一个裸指针用于多个 shared_ptr 初始化
  • 在多线程环境中,shared_ptr 的引用计数是线程安全的,但所指向对象的访问仍需同步
  • 临时需要观察对象但不参与所有权时,使用 weak_ptr 并通过 lock() 获取临时 shared_ptr

基本上就这些。合理使用 shared_ptr 和 weak_ptr,能有效实现安全的资源共享,减少手动管理内存带来的风险。

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