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前言

一、智能指针的使用原理

二、RAll原理

四、各智能指针适用场景

五、避免使用智能指针的场景

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前言

        智能指针是现代C++管理资源的核心工具，它极大降低内存泄漏和资源管理错误的风险。

        本文将简要介绍其底层实现机制，以及各种智能指针的设计差异、适用场景。

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一、智能指针的使用原理

        在C++中，如果用 new 去分配内存，但忘记用 delete 释放，便会导致内存泄漏。

        同时，如果程序异常退出，delete 语句便无法执行。

void Func()
{
    int *a1=new int;
    int *a2=new int;
    cout<<div()<<endl;//若此处抛出异常，a1、a2都会无法释放。
    delete a1;
    delete a2;
}

        所以，C++引用了 智能指针 来解决这一问题，底层思想为· RAll。

二、RAll原理

        RAll 是 C++ 中一种将资源的生命周期与对象的生命周期绑定的核心技术，指通过对象的构造和析构来管理资源。

•   构造时，获取资源。（如内存、文件句柄、锁、数据库连接等）
•   析构时，释放资源。      

        其本质为：只要把资源封装到对象里，就可以自动管理资源的生命周期。

【优势】：

        C++保证，无论函数是正常退出还是因为异常导致栈展开，所有局部对象的析构函数都会被调用。这确保了资源总是能被正确释放，极大地避免了资源泄漏。

特性	unique_ptr	shared_ptr	weak_ptr
所有权	独占所有权        一个对象只能同时被一个unique_ptr拥有。	共享所有权         一个对象可以被多个shared_ptr拥有，采用引用计数。对象在所有拥有它的shared_ptr被销毁后释放。	弱引用         不拥有对象，不增加引用计数。它指向一个由shared_ptr管理的对象。
实现原理	拷贝构造和拷贝赋值被禁用	控制块存储引用计数（use count）和弱计数（weak count）。拷贝时引用计数+1，析构时-1，减至0时释放对象资源。	内部持有指向shared_ptr控制块的指针。可以通过lock()方法尝试获取一个指向对象的shared_ptr（如果对象还存在的话）。它不改变引用计数，但会影响控制块的弱计数。
性能	零开销，和裸指针几乎一样	有额外开销：需要动态分配控制块，引用计数的增减需要原子操作（线程安全），有一定性能损耗。	同样有控制块开销，lock()也需要原子操作。

【注】：

        1.shared_ptr 弥补了 unique_ptr 的不足，通过引用计数实现多智能指针共享同一资源。

• 每块被管理的资源都会关联一个引用计数器。

• 拷贝时引用计数+1，析构时-1，减至0时释放对象资源。

        2.shared_ptr 虽然实现了资源共享，但引用计数本身无法检测对象之间是否形成循环引用，从而导致资源无法释放。

        3.为解决循环引用造成的内存泄露，C++引用了 weak_ptr（解决循环引用）。

四、各智能指针适用场景

（一）unique_ptr

1. 需要多态行为的独占资源：例如，在策略模式中持有具体的策略对象。
2. 作为类的成员变量（组合关系）：表示容器拥有这个成员，生命周期与容器一致。

（二）shared_ptr

1. 多个所有者：例如，多个线程或对象需要共享同一个资源，只有当最后一个使用者销毁时才释放。
2. 复杂的数据结构：但要注意，在双向链表或图中要避免循环引用。

（三）weak_ptr

1. 打破循环引用：这是它最主要的设计目的。
2. 缓存：缓存对象可以用shared_ptr管理，而外部引用可以用weak_ptr。当缓存对象不再被任何地方使用时（引用计数为0），它会被释放，weak_ptr自动悬空。再次使用时，通过lock()尝试提升，如果成功则直接使用，否则重新加载。
3. 观察者模式：观察者持有被观察者的weak_ptr，可以随时检查被观察者是否还存活，而不会影响其生命周期。

五、避免使用智能指针的场景

• 为了避免引用循环而引入过于复杂的weak_ptr设计时

        如果一个类的设计一开始就充满了shared_ptr和weak_ptr的互相指涉，代码可读性和维护性会大大降低。有时一个清晰的所有权设计（如明确的父子关系，父亲拥有孩子，孩子持有父亲的裸指针）比复杂的智能指针组合更可取。

• 自定义内存池

        如果使用了特定的内存池（如对象池），资源的分配和释放由池自己管理，再用智能指针去自动释放就会造成冲突（双重释放）。此时可能只需要用裸指针，或者配合自定义删除器来将对象归还给池，而不是直接delete。

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