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shared_ptr智能指针详解

一、shared_ptr类概述

shared_ptr是C++中用于管理动态内存的智能指针，主要用于避免指针泄漏问题。它通过引用计数机制自动管理动态内存的生命周期。

1.1 使用shared_ptr的优势

• 零错误风险：智能指针的引用计数机制确保不会出现悬而未决的指针。
• 内存管理透明化：用户无需手动管理内存，减少内存泄漏风险。
• 简化异常处理：即使在异常情况下，智能指针也能正确释放资源。

1.2 使用shared_ptr的基本规则

• 内存只能由shared_ptr管理：不能将shared_ptr指针指向堆分配的内存。
• 智能指针是唯一的拥有者：不要将其拷贝或赋值给其他智能指针或普通指针。
• 避免使用过度共享：如果不再需要某个shared_ptr，及时释放它。

二、shared_ptr的创建与初始化

shared_ptr分为两种创建方式：显式初始化和隐式初始化。

2.1 显式初始化

shared_ptr
   
     p1; // 空智能指针shared_ptr
    
      p2 = make_shared
     
      (42); // 指向42的智能指针shared_ptr
      
        p3 = make_shared
       
        (10, '9'); // 指向"9999"的智能指针
       
      
     
    
   

2.2 隐式初始化

shared_ptr
   
     p4 = rvalue; // 可以接受任意类型的rvalueshared_ptr
    
      p5 = {new int(1024)}; // 显式使用new创建
    
   

三、shared_ptr的核心功能

shared_ptr提供了一系列操作方法，确保内存管理的安全性。

3.1 引用计数机制

• 每个shared_ptr对象都有一个引用计数器。
• 拷贝或赋值操作会递增引用计数。
• 当引用计数变为0时，shared_ptr会自动释放指针所指的内存。

3.2 拷贝与赋值

auto p = make_shared
   
    (42);auto q = p; // q的引用计数变为2auto r = make_shared
    
     (42);r = q; // r的引用计数变为2，q的引用计数变为1
    
   

3.3 内存释放规则

• shared_ptr自动管理内存，只有最后一个持有者会释放内存。
• 如果在使用shared_ptr时发生异常，内存仍会在异常处理完成后正确释放。

四、shared_ptr的异常处理

在异常情况下，shared_ptr能够确保资源的安全释放。

4.1 示例

void func() {    shared_ptr
   
     sp(new int(42));    // 如果func中发生异常，sp会在栈 unwinding时自动释放内存}
   

4.2 比较使用new的风险

void func() {    int *ip = new int(42); // 不能在异常中确保释放内存    // 如果func中发生异常，ip可能指向释放后的内存或未释放的内存    delete ip; // 如果能执行到这里，会安全释放}

五、shared_ptr的删除器

shared_ptr支持定义删除器，用于定制内存释放逻辑。

5.1 示例

#include 
   
    struct Handler {    void operator()(connection *ptr) {        delete ptr;    }};shared_ptr
    
      p = make_shared
     
      (new connection);p.reset(&connection::destroy); // 自定义删除器
     
    
   

六、shared_ptr的实际应用场景

6.1 动态数组管理

vector
   
    
     > v;v.push_back(make_shared
     
      (1024));v.resize(10); // 创建10个shared_ptr
     
    
   

6.2 资源管理

class Resource {public:    ~Resource() { // 自动释放资源        // cleanup logic    }};shared_ptr
   
     ptr = make_shared
    
     ();
    
   

7、总结

shared_ptr通过智能引用计数机制和自动删除器，简化了动态内存管理的复杂性。它的主要优点是内存管理透明化、错误风险降低以及内存泄漏的可能性大大减少。