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C++中指针，智能指针的理解

news 2025/12/22 22:44:57

我的理解：

原始指针：


把内存当做开灯的房间。
指针是该房间的地址。
类型等其他细节决定该房间多大。
例如：
int* a = new(int);
*a = 4;
我们创建了一个大小为4字节的房间来存放4，又将其地址告诉了a。
a本身也是要求开了一个房间，房间里面存放大小为4字节并现在存放4的房间的地址。
这样我们就可以通过a给出的地址，直接访问这个房间，确定是否还在使用，不使用我就给他关灯释放了，或者给别人使用。
这个时候就有俩问题了，如果我们把a所在的房间释放掉了，例如a随其作用域被销毁，但是a中存放了另一个房间的地址，没人知道了

那这个房间灯就一直开着，因为没有人给他关灯了，这就导致了内存泄漏。
还有一个问题，假如：

```
int *a = new(int);
*a = 4;
int *b = a;
delete b;
*a = 6;
```

a把房间地址告诉了b，b自己把房间灯关了，地址销毁了，但没有告诉a。这个时候，a变成了悬空指针，指向了被释放的房间，我不确定这个房间是否又被别人使用了，这时a进房间操作，或者直接把房间灯关了。都会导致问题！

为了防止自己忘记关灯，或者防止操作悬空指针。

C++中引入了智能指针，来更方便的管理房间（内存）

关于智能指针：


unique_ptr：

相当于我创建一个房间开灯时，直接找了一个负责人，让他不用的时候把这个房间关灯释放。这个房间也只有他一个人可以进，这样可以避免房间灯忘记关了，或者已经被关了，有人不知道，还去访问操作。

shared_ptr：

相当于我创建一个房间开灯，但这个房间是公共自习室，可以很多人进入这个房间操作，不过进门需要登记，出门也需要登记，去门登记时发现自己是自习室最后一个人，那他就要负责将灯关了，门锁上。

weak_ptr：

属于是访客，shared-ptr申请打开的房间，本身只允许shared-ptr进，weak_ptr，本身没有进入权限，他想进房间，需要经过让里面的shared_ptr给他开门，所以他也不需要登记，因为他只是访客，不走正规流程。如果房间里有shared-ptr，他可以进去，如果没有shared-ptr，他就没人开门进不去。所以weak_ptr也可以用来确定这个房间是否被关灯释放，如果其进不去，就说明房间已经被关灯释放了。

Deepseek指正分析：

您对C++中指针和智能指针的理解非常准确，而且比喻得很生动形象！让我逐一点评并补充一些细节：

您的理解完全正确：

1.原始指针的比喻

  • 房间地址：指针确实是内存地址

  • 房间大小：类型决定了房间的大小（如int通常是4字节）

  • 内存泄漏：完全正确，忘记关灯（不delete）导致房间一直亮着

  • 悬空指针：b关灯后a不知道，还想去访问，这就是典型的悬空指针问题

2.智能指针的比喻

unique_ptr：

✅ "只有一个负责人" - 这正是unique_ptr的独占所有权语义
✅ "负责关灯" - unique_ptr离开作用域时自动释放内存

shared_ptr：

✅ "公共自习室，需要登记" - 完美的引用计数比喻
✅ "最后一个人负责关灯" - 引用计数降为0时自动释放

weak_ptr：

✅ "访客需要里面的人开门" - weak_ptr需要通过lock()获取shared_ptr
✅ "不负责关灯" - 不增加引用计数
✅ "可以用来检查房间状态" - 检查资源是否还存在

补充一些技术细节：

unique_ptr的"移动而非复制"

// 正确示例 - 移动所有权 std::unique_ptr<int> a = std::make_unique<int>(4); std::unique_ptr<int> b = std::move(a); // a交出所有权给b // 错误示例 // std::unique_ptr<int> c = a; // 编译错误！不能复制

shared_ptr的循环引用问题

class Person { public: std::shared_ptr<Person> partner; }; auto alice = std::make_shared<Person>(); auto bob = std::make_shared<Person>(); alice->partner = bob; // bob引用计数+1 = 2 bob->partner = alice; // alice引用计数+1 = 2 // 离开作用域时： // bob引用计数-1 = 1（因为alice还持有） // alice引用计数-1 = 1（因为bob还持有） // 结果：内存泄漏！两人互相持有，谁也关不了灯

weak_ptr解决循环引用

class Person { public: std::weak_ptr<Person> partner; // 使用weak_ptr避免循环引用 }; auto alice = std::make_shared<Person>(); auto bob = std::make_shared<Person>(); alice->partner = bob; // weak_ptr，不增加引用计数 bob->partner = alice; // weak_ptr，不增加引用计数 // 离开作用域时都能正确释放

现代C++最佳实践：

  1. 优先使用智能指针，避免原始指针管理内存

  2. 能用unique_ptr就用unique_ptr，更轻量、更安全

  3. shared_ptr用于共享所有权，注意循环引用

  4. weak_ptr用于观察shared_ptr，不参与所有权管理

  5. 使用make_unique/make_shared（C++14/11）：

    // 推荐 auto ptr = std::make_unique<int>(42); auto ptr2 = std::make_shared<int>(42); // 不推荐（可能的内存泄漏风险） std::shared_ptr<int> ptr(new int(42));

您的理解不仅正确，而且比喻非常贴切！这种形象的思维方式对于理解复杂的内存管理概念非常有帮助。保持这种学习方式，您对C++内存管理的掌握会更加深入。

关于指针的使用：

我的理解：

使用指针，可以避免拷贝，直接内存访问，更精细的内存布局控制，也可以实现更复杂的数据结构；与硬件进行交互，支持原地修改等优点。但是不规范的使用，容易引发内存安全。

关于智能指针中unique_ptr和shared_ptr的选择，

想让指针与生命周期绑定，确保同一时间只有一个人进入这个房间，用unique_ptr，unique_ptr比shared_ptr性能高一点点。

如果一片地址，需要多个人同时访问，且不确定其先后顺序，用share_ptr。

Deepseek指正补充：

关于原始指针的使用分析 ✅基本正确

优点总结得很好：

  1. 避免拷贝- 传递指针而非对象本身

  2. 直接内存访问- 低级别操作

  3. 精细内存控制- 自定义分配/对齐

  4. 复杂数据结构- 链表、树等必需

  5. 硬件交互- 寄存器映射、DMA等

  6. 原地修改- 函数内外同步修改

但可以更精确地补充：

// 避免拷贝的典型例子 void processLargeData(const BigObject* data) { // 传指针而非传值 // 避免了BigObject的完整拷贝 } // 但现代C++中，以下方式通常更安全： void processLargeData(const BigObject& data) { // 传引用 // 同样避免拷贝，但更安全 } void processLargeData(std::unique_ptr<BigObject> data) { // 移动语义 // 转移所有权，避免拷贝 }

关于智能指针选择的指正和补充 ✅方向正确，但有细节

1.unique_ptr 的正确理解

您说"确保同一时间只有一个人进入这个房间" - 这是对的，但需要补充：

更准确的比喻：unique_ptr 就像房间钥匙，不是可以复制的普通钥匙，而是银行保险库的钥匙卡：

  • 一次只能有一个人持有

  • 转移所有权需要明确交接（std::move）

  • 无法复制，离开作用域自动归还钥匙（释放内存）

性能差异的原因：

// unique_ptr：通常是原始指针大小 + 可能的自定义删除器 sizeof(std::unique_ptr<int>) == 8 (64位系统) // shared_ptr：包含两个原始指针（对象指针+控制块指针） sizeof(std::shared_ptr<int>) == 16 (64位系统) // shared_ptr还需要维护引用计数的原子操作，有额外开销

2.shared_ptr 的补充说明

您说"需要多个人同时访问，且不确定其先后顺序" - 这是对的，但需要明确：

什么时候应该用 shared_ptr：

  1. 明确需要共享所有权时

  2. 生命周期不明确，由使用者决定时

  3. 需要多个地方持有同一资源，且任一持有者都可能最后释放时

但要注意滥用 shared_ptr 的情况：

// 不好的例子：其实只需要unique_ptr class Document { private: std::shared_ptr<Image> thumbnail_; // ❌ 过度设计 // 因为只有Document使用这个thumbnail // 应该用：std::unique_ptr<Image> thumbnail_; }; // 好的例子：明确共享 class ChatRoom { private: std::vector<std::shared_ptr<User>> users_; // ✅ 多个地方可能需要访问 // 因为User对象可能在其他地方也被引用 // 比如消息历史、用户列表等 };

3.具体选择指南（决策树）

问自己这些问题：

Q1: 这个资源有且只有一个所有者吗？ ├── 是 → 使用 unique_ptr └── 否 → 进入Q2 Q2: 需要共享所有权吗？ ├── 是 → 使用 shared_ptr（但先考虑是否设计有问题） └── 否 → 使用原始指针或引用（作为视图/view） Q3: 使用shared_ptr时，有循环引用风险吗？ ├── 是 → 使用weak_ptr打破循环 └── 否 → 直接使用shared_ptr

4.现代C++中的最佳实践

// 1. 优先使用值语义，而不是指针 // 不好的传统做法： std::unique_ptr<Person> person(new Person()); // 现代做法（如果可能）： Person person{}; // 直接在栈上 // 2. 工厂函数返回智能指针 std::unique_ptr<Database> Database::create() { return std::make_unique<Database>(); } // 3. 按需选择所有权模型 class Renderer { private: // 独占资源：unique_ptr std::unique_ptr<Shader> mainShader_; // 共享资源：shared_ptr std::shared_ptr<Texture> defaultTexture_; // 视图/观察：原始指针或引用 Camera* currentCamera_; // 不拥有，只是引用 }; // 4. 避免所有权传递混淆 void processData(std::shared_ptr<Data> data) { // 明确：共享所有权 // 调用者知道你会保留一份引用 } void processData(const std::unique_ptr<Data>& data) { // 不推荐 // 接口不清晰，改用Data*或Data& } void processData(Data* data) { // 明确：不取得所有权 // 只是使用，不负责释放 }

5.性能考虑的具体数据

  • unique_ptr：零开销抽象（编译器优化后≈原始指针）

  • shared_ptr：

    • 2倍指针大小

    • 引用计数原子操作（多线程同步开销）

    • 控制块分配（如果用make_shared可以优化）

总结您的理解：

✅完全正确的方向性理解：

  • unique_ptr：独占所有权，性能更好

  • shared_ptr：共享所有权，不确定生命周期

🔧需要微调的技术细节：

  1. 优先考虑是否真的需要指针（能用栈变量就用栈变量）

  2. 能用unique_ptr就不用shared_ptr（更简单安全）

  3. shared_ptr不是默认选择，而是明确需要共享时的选择

  4. 接口设计时要明确所有权语义

您已经掌握了核心概念，现在需要的是在实际编码中培养"所有权直觉"——这是区分C++新手和专家的关键！

http://icebutterfly214.com/news/91224/

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