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c++如何利用std::make_shared创建对象_c++ 内存分配优化与效率测试【方法】

裘德小鎮的故事

裘德小鎮的故事

发布时间:2025-12-29 16:09:09

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来源于php中文网

原创

std::make_shared 更高效因一次分配同时创建控制块和对象,避免两次分配开销;适用于非数组、无自定义删除器、构造不抛异常的类型,支持完美转发但不支持向下转型。

c++如何利用std::make_shared创建对象_c++ 内存分配优化与效率测试【方法】

std::make_shared 为什么比 new + std::shared_ptr 构造更高效

因为 std::make_shared 在一次内存分配中同时构造控制块(control block)和对象本身,而 new T + std::shared_ptr<t>(new T)</t> 需要两次独立分配:一次给对象,一次给控制块。这对小对象尤其明显——减少分配次数 = 减少系统调用开销 + 更好缓存局部性。

注意:这种优化仅在对象类型不为数组、不含自定义删除器、且构造函数不抛异常(或已处理)时稳定生效。

  • 控制块包含引用计数、弱引用计数、删除器等元数据,大小固定但不可忽略(通常 16–32 字节
  • 若对象本身只有几个字节(如 intstd::pair<int char></int>),两次分配的开销可能超过对象本身的内存占用
  • 使用 std::make_shared 后,对象与控制块大概率位于同一 cache line,降低 false sharing 风险

std::make_shared 的正确调用方式与常见误用

必须严格匹配目标类型的构造函数签名;不能用于需要自定义删除器或分配器的场景;不支持数组类型(C++20 前)。

auto p1 = std::make_shared<std::string>("hello");           // ✅ 正常构造
auto p2 = std::make_shared<std::vector<int>>(10, 42);    // ✅ 带参数构造
auto p3 = std::make_shared<int>(123);                      // ✅ 内置类型也支持
<p>// ❌ 错误:无法传入自定义删除器
// auto p4 = std::make_shared<FILE>(fopen("x.txt", "r"), [](FILE* f) { fclose(f); }); // 编译失败</p><p>// ✅ 替代写法(必须用裸指针构造)
auto p4 = std::shared_ptr<FILE>(fopen("x.txt", "r"), [](FILE* f) { fclose(f); });</p>
  • 所有参数都会被完美转发(perfect forwarding),所以 std::move、左值引用、初始化列表都可直接传递
  • 若类有 explicit 构造函数,std::make_shared 仍可调用(它不涉及隐式转换
  • 不要试图对继承体系做“向下转型”后再用 make_shared:它返回的是确切模板类型,不是基类指针

如何实测 make_shared 与手写 new 的性能差异

关键不是看单次耗时,而是看大量短生命周期对象下的分配吞吐量与内存碎片趋势。推荐用 std::chrono::high_resolution_clock + 循环 10⁵~10⁶ 次,并禁用 ASLR 和 malloc 调试模式(如 Linux 下避免 export MALLOC_CHECK_=1)。

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void benchmark_make_shared() {
    constexpr size_t N = 100000;
    auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    for (size_t i = 0; i < N; ++i) {
        auto p = std::make_shared<std::complex<double>>(i, i * 2.0);
    }
    auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    auto us = std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(end - start).count();
    std::cout << "make_shared: " << us << " μs\n";
}
<p>void benchmark_raw_new() {
constexpr size_t N = 100000;
auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
for (size_t i = 0; i < N; ++i) {
auto p = std::shared_ptr<std::complex<double>>(new std::complex<double>(i, i * 2.0));
}
auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
auto us = std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(end - start).count();
std::cout << "raw new: " << us << " μs\n";
}</p>
  • 测试时关闭编译器优化(-O0)会掩盖真实差异,建议至少用 -O2
  • 观察 RSS 内存峰值:手写 new 方式更容易因分配器策略导致碎片升高
  • 在容器中反复创建/销毁 shared_ptr(如 std::vector<shared_ptr>></shared_ptr>)时,差异更显著

什么情况下不该用 std::make_shared

当对象构造可能抛异常,且你希望控制块和对象的生命周期解耦时;或者你需要把 shared_ptr 绑定到栈对象、文件描述符、或非 new 分配的内存上。

  • 栈对象绑定:int x = 42; auto p = std::shared_ptr<int>(&x, [](int*){});</int> —— make_shared 无法做到
  • 定制分配器:std::make_shared 不接受 allocator 参数(C++20 引入了 std::allocate_shared
  • 构造函数抛异常风险高,且你依赖控制块存活来记录日志:此时分开分配能确保控制块早于对象构造完成,便于异常安全清理
  • 多态对象需从派生类构造后向上转型,且基类析构非 virtual:虽然罕见,但 make_shared<derived>()</derived> 返回的是 shared_ptr<derived></derived>,转成 shared_ptr<base> 后仍共享同一控制块,一般没问题;但若 Base 析构不 virtual,行为未定义 —— 这是设计问题,不是 make_shared 的锅

真正容易被忽略的是:std::make_shared 对齐行为由分配器决定,而默认全局 new 的对齐可能和你的 SIMD 类型要求不一致;如果对象含 alignas(32) 成员,某些旧版 libstdc++ 可能未正确对齐控制块区域,导致运行时崩溃 —— 这类边界情况需实测验证。

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