智能指针通过自动化内存管理来防止内存泄漏和悬空指针：unique_ptr 拥有唯一所有权，对象随着指针销毁而销毁。shared_ptr 共享所有权，对象仅在所有指针销毁后才释放。weak_ptr 仅为 shared_ptr 提供弱引用，安全访问对象，前提是共享引用仍然存在。

C++ 智能指针：避免内存泄漏和悬空指针

引言

在 C++ 中，管理内存是一项至关重要的任务，因为它很容易导致内存泄漏和悬空指针等问题。智能指针是一种 C++ 机制，通过自动化内存管理过程来帮助解决这些问题。本文将探讨 C++ 中的三种主要智能指针类型，并演示如何使用它们来避免常见的内存问题。

1. unique_ptr：拥有唯一所有权

unique_ptr 指针拥有对所指向对象的唯一所有权。这意味着指针一旦被销毁，它所指向的对象也会被自动销毁。这有助于防止内存泄漏，因为指针始终知道谁负责释放对象。

#include <memory>

int main() {
  // 创建一个指向整数的 unique_ptr
  std::unique_ptr<int> ptr = std::make_unique<int>(10);

  // 在 unique_ptr 销毁时，指向的对象也会被销毁
  // ptr 指针现在为空
}

2. shared_ptr：共享所有权

shared_ptr 指针允许多个指针共享对同一对象的访问。shared_ptr 跟踪对象引用的数量，并且只有当所有指针都被销毁时，对象才会被释放。这有助于防止悬空指针，因为任何共享指针都可以安全地访问对象。

#include <memory>

int main() {
  // 创建一个指向字符串的 shared_ptr
  std::shared_ptr<std::string> ptr = std::make_shared<std::string>("Hello");

  // 同时使用多个 shared_ptr 指针访问对象
  std::shared_ptr<std::string> ptr2(ptr);

  // 当所有 shared_ptr 指针都被销毁时，对象才会被释放
}

3. weak_ptr：弱引用

weak_ptr 指针是一种特殊的智能指针，它不拥有对对象的任何所有权。相反，它仅存储对 shared_ptr 指针的弱引用。这意味着 weak_ptr 可以安全地访问对象，前提是还有其他 shared_ptr 指针正在引用该对象。

#include <memory>

int main() {
  // 创建一个指向整数的 shared_ptr
  std::shared_ptr<int> shared_ptr = std::make_shared<int>(10);

  // 创建一个指向 shared_ptr 的 weak_ptr
  std::weak_ptr<int> weak_ptr(shared_ptr);

  // 检查 weak_ptr 是否仍然有效
  if (auto locked_ptr = weak_ptr.lock()) {
    // 如果 weak_ptr 有效，它会被锁定为一个 shared_ptr
  }
}

实战案例

以下是一个实战案例，展示智能指针在避免内存泄漏中的作用：

#include <memory>
#include <vector>

int main() {
  // 使用 unique_ptr 管理一个向量
  std::unique_ptr<std::vector<int>> vec = std::make_unique<std::vector<int>>();

  // 在 unique_ptr 销毁时，向量也会被销毁，避免了内存泄漏
}

结论

智能指针是 C++ 中强大的工具，可以通过自动化内存管理过程来防止内存泄漏和悬空指针。通过使用 unique_ptr、shared_ptr 和 weak_ptr，可以安全有效地管理对象的生命周期。