在 C++ 17 时代，智能指针（std::unique_ptr、std::shared_ptr、std::weak_ptr）已成为管理资源的核心工具。本文将从概念、使用技巧、性能影响、最佳实践以及常见陷阱四个维度，系统性地梳理如何在日常项目中高效、安全地使用智能指针。
1. 智能指针的核心概念
| 指针类型 | 所管理资源 | 拥有权 | 典型场景 |
|---|---|---|---|
std::unique_ptr |
单一对象 | 独占 | 对象生命周期只属于单一所有者 |
std::shared_ptr |
多个对象 | 共享 | 对象需在多个所有者间共享 |
std::weak_ptr |
非拥有引用 | 观察 | 防止循环引用的观察者 |
注意：智能指针与裸指针的主要区别在于 所有权管理 与 自动析构，前者降低了显式
delete的风险。
2. 高效使用技巧
2.1 避免“裸指针”传递
即使函数只需要临时访问，最好传递 `std::shared_ptr
&&` 或 `std::unique_ptr` 而不是裸指针。 “`cpp void process(std::shared_ptr obj) { // obj 使用完即析构 } “` #### 2.2 自定义 `deallocate` 在 `std::unique_ptr` 或 `std::shared_ptr` 中使用自定义删除器可支持非标准内存管理（如 `malloc` / `free`）或资源文件句柄。 “`cpp auto deleter = [](FILE* f){ if(f) fclose(f); }; std::unique_ptr file(fopen(“log.txt”,”w”), deleter); “` #### 2.3 `std::make_shared` 与 `std::make_unique` 总是使用 `std::make_*`，它们提供单步分配，减少内存碎片和提升性能。 “`cpp auto sp = std::make_shared (arg1, arg2); “` #### 2.4 `std::weak_ptr` 防止循环引用 当两个对象互相持有 `shared_ptr` 时，使用 `weak_ptr` 作为其中一方的引用可断开循环。 “`cpp class Parent { std::shared_ptr child; }; class Child { std::weak_ptr parent; }; “` — ### 3. 性能评估 | 方面 | `unique_ptr` | `shared_ptr` | `weak_ptr` | |——|————–|————–|————| | 内存占用 | 仅指针 | 指针 + 计数器 | 仅指针 | | 线程安全 | 非原子计数 | 原子计数 | 非原子计数 | | 析构开销 | 直接析构 | 计数 + 可能析构 | 仅检查计数 | – **共享指针** 计数器的原子操作在多线程环境下可能成为瓶颈。 – 当对象生命周期可预知且不需要共享时，优先使用 `unique_ptr`。 — ### 4. 常见陷阱与解决方案 1. **悬空 `weak_ptr`** – 检查 `weak_ptr::expired()` 或使用 `lock()` 获得 `shared_ptr`。 2. **自定义删除器不匹配** – 确保删除器与资源创建方式匹配，否则会导致未定义行为。 3. **与 STL 容器混合使用** – 不要把 `unique_ptr` 放入标准容器的 `value_type`（`vector<unique_ptr>` 需要自定义移动语义）。 4. **多线程计数竞争** – 在高并发下使用 `std::shared_ptr` 需要考虑锁或 `std::shared_mutex`，或者改用 `std::atomic`。 — ### 5. 实战示例：基于 `shared_ptr` 的插件系统 “`cpp class Plugin { public: virtual void run() = 0; virtual ~Plugin() = default; }; class PluginManager { std::unordered_map<std::string, std::shared_ptr> plugins; public: void load(const std::string& name, std::shared_ptr plugin) { plugins.emplace(name, std::move(plugin)); } void execute(const std::string& name) { if(auto it = plugins.find(name); it != plugins.end()) it->second->run(); } }; class HelloPlugin : public Plugin { public: void run() override { std::cout << "Hello, World!\n"; } }; int main() { PluginManager mgr; mgr.load("hello", std::make_shared ()); mgr.execute(“hello”); } “` > 该示例展示了如何利用 `shared_ptr` 在插件管理中实现资源共享与自动销毁，避免手动 `delete` 或内存泄漏。 — ### 6. 结语 智能指针是 C++ 现代编程不可或缺的一环。正确地理解其所有权语义、内存管理细节以及线程安全特性，能显著提升代码质量与可维护性。通过本文的核心概念、使用技巧、性能评估与实战示例，读者可以在自己的项目中快速、可靠地应用智能指针，为 C++ 程序员带来更安全、更高效的开发体验。</unique_ptr