简易教程: C++的智能指针

C++ 智能指针教程

C++ 中的智能指针提供了自动且安全的内存管理。它们通过 RAII（资源获取即初始化）机制，帮助开发者避免内存泄漏和悬空指针的问题，确保对象在生命周期结束时被正确释放。

本教程将介绍 C++ 中三种主要的智能指针：

• std::unique_ptr：独占式所有权
• std::shared_ptr：共享式所有权
• std::weak_ptr：非拥有式弱引用

1. std::unique_ptr

unique_ptr 拥有独占所有权。一个资源只能被一个 unique_ptr 拥有。

示例：管理简单对象

#include <iostream>
#include <memory>

int main() {
    std::unique_ptr<int> p = std::make_unique<int>(42);
    std::cout << "值: " << *p << "\n";

    // 转移所有权
    std::unique_ptr<int> q = std::move(p);
    if (!p) std::cout << "p 现在是空指针\n";
    std::cout << "q 指向: " << *q << "\n";
}

示例：构建链表

struct Node {
    int val;
    std::unique_ptr<Node> next;
    Node(int v) : val(v), next(nullptr) {}
};

void printList(const std::unique_ptr<Node>& head) {
    const Node* curr = head.get();
    while (curr) {
        std::cout << curr->val << " ";
        curr = curr->next.get();
    }
    std::cout << "\n";
}

int main() {
    auto head = std::make_unique<Node>(1);
    head->next = std::make_unique<Node>(2);
    head->next->next = std::make_unique<Node>(3);

    printList(head);
}

2. std::shared_ptr

shared_ptr 允许多个指针共享同一个资源的所有权。它通过引用计数管理资源，当引用数为零时自动释放内存。

示例：共享资源

#include <iostream>
#include <memory>

int main() {
    std::shared_ptr<int> a = std::make_shared<int>(100);
    std::shared_ptr<int> b = a;

    std::cout << "a 的引用计数: " << a.use_count() << "\n";
    std::cout << "b 的引用计数: " << b.use_count() << "\n";
    std::cout << "*b = " << *b << "\n";
}

示例：共享链表节点

struct Node {
    int val;
    std::shared_ptr<Node> next;
    Node(int v) : val(v), next(nullptr) {}
};

3. std::weak_ptr

weak_ptr 是一种弱引用，不拥有资源，仅用于观察 shared_ptr 所管理的对象。它常用于打破循环引用，防止内存泄漏。

示例：打破循环引用

#include <iostream>
#include <memory>

struct B;

struct A {
    std::shared_ptr<B> b_ptr;
    ~A() { std::cout << "A 被销毁\n"; }
};

struct B {
    std::weak_ptr<A> a_ptr;
    ~B() { std::cout << "B 被销毁\n"; }
};

int main() {
    auto a = std::make_shared<A>();
    auto b = std::make_shared<B>();
    a->b_ptr = b;
    b->a_ptr = a;
}

是否存在 make_weak？

不存在 std::make_weak，因为 weak_ptr 不拥有资源，它必须引用一个已存在的 shared_ptr。

如何创建 weak_ptr

#include <iostream>
#include <memory>

int main() {
    std::shared_ptr<int> sp = std::make_shared<int>(42);
    std::weak_ptr<int> wp = sp;

    if (auto locked = wp.lock()) {
        std::cout << "值: " << *locked << "\n";
    } else {
        std::cout << "对象已被释放\n";
    }
}

总结

C/C++编程

• 理解C++中的std::transform_reduce及示例
• 使用原子 TAS 指令实现自旋锁
• C++中检测编译时与运行时: if consteval 与 std::is_constant_evaluated()
• C++ 转发引用: 完美转发的关键
• 理解 C++ 中的 dynamic_cast: 安全的向下转型与向上转型
• C与C++: restrict关键字及其在编译器优化中的作用
• C++的左值/lvalue, 右值/rvalue和右值引用/rvalue references
• C++中的assert和static_assert的区别
• C++: auto_ptr智能指针被弃用
• C++中的consteval是什么? 它与const和constexpr有何不同?
• C++ 教程: 用std::move来移动所有权
• C++中的 const和constexpr 比较
• 简易教程: C++的智能指针
• C++ 编程练习题: 如何合并两个二叉树?
• C++ 编程练习题 - 找出第三大的数
• C++ 编程练习题 - 最多连续的 1
• C++ 编程练习题 - 左子树叶节点之和 (深度优先+广度优先+递归)
• C++ 编程练习题 - 最多水容器 (递归)
• C++的异步编程: std::future, std::async 和 std::promise
• C编程练习题: 翻转整数位
• C++编程练习题: 找出字符串的所有大小小组合
• C/C++ 中的内存管理器(堆与栈)
• C++编程练习题: 对两单向链表求和

英文：Tutorial on C++ Smart Pointers