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C++基础面试题 | 介绍C++中三种智能指针的使用场景？

news 来源：原创 2024/9/20 18:52:25

月落乌啼霜满天，江枫渔火对愁眠。 - 《枫桥夜泊 / 夜泊枫江》(张继)

回答重点

在C++中的智能指针利用RAII实现内存分配的管理，避免内存泄漏和其他与动态内存分配相关的问题。C++11中提供了三种主要的智能指针：std::unique_ptr、std::shared_ptr和std::weak_ptr。

1. `std::unique_ptr`：

std::unique_ptr是一种独占所有权的智能指针，意味着同一时间内只能有一个unique_ptr指向一个特定的对象。当unique_ptr被销毁时，它所指向的对象也会被销毁。

使用场景：当你需要独占一个资源时，即在任何时刻只有一个指针指向该资源。std::unique_ptr提供了独占所有权模型，这意味着它不允许复制（copy），但允许移动（move），这使得资源的所有权可以在智能指针之间转移，而不会有两个指针同时拥有同一个资源。
-当你需要智能管理资源，如文件句柄和互斥锁时。

示例代码:

#include <iostream>
#include <memory>class Test {
public:Test() { std::cout << "Test::Test()\n"; }~Test() { std::cout << "Test::~Test()\n"; }void test() { std::cout << "Test::test()\n"; }
};int main() {std::unique_ptr<Test> ptr(new Test());ptr->test();// 当ptr离开作用域时, 它指向的对象会被自动销毁return 0;
}

2. `std::shared_ptr`：

std::shared_ptr是一种共享所有权的智能指针，多个shared_ptr可以指向同一个对象。内部使用引用计数来确保只有当最后一个指向对象的shared_ptr被销毁时，对象才会被销毁。

使用场景：当你需要多个指针共享同一个资源时，std::shared_ptr通过引用计数来管理资源的生命周期。每个std::shared_ptr实例都会持有一个计数器的引用，当最后一个std::shared_ptr被销毁时，资源会被释放。
适用情况：当你的对象需要在多个持有者之间共享，或者当你不确定对象的生命周期应该由谁来管理时，std::shared_ptr是合适的。例如，在一个复杂的对象图中，多个对象可能需要引用同一个资源。

示例代码:

#include <iostream>
#include <memory>class Test {
public:Test() { std::cout << "Test::Test()\n"; }~Test() { std::cout << "Test::~Test()\n"; }void test() { std::cout << "Test::test()\n"; }
};int main() {std::shared_ptr<Test> ptr1(new Test());std::shared_ptr<Test> ptr2 = ptr1;ptr1->test();// 当ptr1和ptr2离开作用域时，它们指向的对象会被自动销毁return 0;
}

3. `std::weak_ptr`：

std::weak_ptr是一种不控制对象生命周期的智能指针，它用来观察std::shared_ptr管理的对象，而不会改变对象的引用计数。std::weak_ptr通常与std::shared_ptr一起使用，以解决强引用循环的问题。

使用场景:

当你需要访问但不拥有由shared_ptr管理的对象时。
当你需要解决shared_ptr之间的循环引用问题时。

注意：weak_ptr肯定要和 shared_ptr一起使用。

示例代码：

#include <iostream>
#include <memory>class Test {
public:Test() { std::cout << "Test::Test()\n"; }~Test() { std::cout << "Test::~Test()\n"; }void test() { std::cout << "Test::test()\n"; }
};int main() {std::shared_ptr<Test> sharedPtr(new Test());std::weak_ptr<Test> weakPtr = sharedPtr;if (auto lockedSharedPtr = weakPtr.lock()) {lockedSharedPtr->test();}// 当sharedPtr离开作用域时，它指向的对象会被自动销毁return 0;
}