std::unique_ptr 和 std::shared_ptr

### C++ `std::unique_ptr` 与 `std::shared_ptr` 的区别及使用场景 #### 1. 概念差异 `std::unique_ptr` 和 `std::shared_ptr` 都是 C++ 标准库提供的智能指针类型，用于管理动态分配的对象。两者的根本区别在于所有权模型： - `std::unique_ptr` 实现了独占所有权语义，即同一时间只能有一个 `std::unique_ptr` 拥有某个对象的控制权[^2]。 - `std::shared_ptr` 实现了共享所有权语义，允许多个 `std::shared_ptr` 实例同时拥有同一个对象，并通过引用计数机制决定何时释放资源[^1]。 #### 2. 内部实现与内存占用 - `std::unique_ptr` 的内部结构相对简单，仅包含一个指向所管理对象的原始指针和一个删除器（默认为 `std::default_delete<T>`）。因此，它的内存占用通常较小，大小等于或接近于普通指针[^2]。 - `std::shared_ptr` 则需要额外维护一个控制块，其中包含引用计数、弱引用计数以及删除器等信息。这使得 `std::shared_ptr` 的内存开销较大，通常是 `std::unique_ptr` 的两倍或更多[^1]。 ```cpp #include <iostream> #include <memory> int main() { std::cout << "Size of unique_ptr: " << sizeof(std::unique_ptr<int>) << " bytes" << std::endl; // 通常为 8 字节 std::cout << "Size of shared_ptr: " << sizeof(std::shared_ptr<int>) << " bytes" << std::endl; // 通常为 16 字节 } ``` #### 3. 使用场景 - **`std::unique_ptr`**: - 当对象的所有权不需要被共享时，应优先使用 `std::unique_ptr`，因为它提供了更高的性能和更低的内存开销。 - 适用于那些只需要单个所有者并且在生命周期结束时自动释放资源的情况。 - **`std::shared_ptr`**: - 当多个对象或模块需要共享对同一资源的访问权限时，可以选择使用 `std::shared_ptr`。 - 注意避免循环引用问题，可以通过结合使用 `std::weak_ptr` 来解决[^3]。 #### 4. 示例代码 ##### `std::unique_ptr` 示例 ```cpp #include <iostream> #include <memory> struct Resource { void process() { std::cout << "Processing resource..." << std::endl; } ~Resource() { std::cout << "Resource destroyed!" << std::endl; } }; void use_unique_ptr() { std::unique_ptr<Resource> ptr = std::make_unique<Resource>(); ptr->process(); // ptr 在此函数结束时自动销毁 } ``` ##### `std::shared_ptr` 示例 ```cpp #include <iostream> #include <memory> struct SharedResource { void display() { std::cout << "Shared resource displayed." << std::endl; } ~SharedResource() { std::cout << "Shared resource destroyed!" << std::endl; } }; void use_shared_ptr() { std::shared_ptr<SharedResource> ptr1 = std::make_shared<SharedResource>(); ptr1->display(); { std::shared_ptr<SharedResource> ptr2 = ptr1; // 引用计数增加至 2 } // ptr2 超出作用域，引用计数减少至 1 // 当最后一个 shared_ptr 超出作用域时，资源被销毁 } ``` #### 5. 性能与安全性 - `std::unique_ptr` 提供零开销抽象，其操作效率几乎等同于裸指针。 - `std::shared_ptr` 因为涉及引用计数的维护，在多线程环境下可能带来额外的同步开销。然而，现代实现通常采用原子操作来优化这一过程[^1]。 ###