解释unique_ptr, shared_ptr, weak_ptr的区别与用途。

八股文_C++内存管理面试题 0 138

参考回答

std::unique_ptr、std::shared_ptr 和 std::weak_ptr 是 C++11 引入的智能指针，它们有各自不同的用途和特点，主要区别在于内存管理和所有权模型。

std::unique_ptr：
- 用途：用于独占式拥有对象的指针，确保一个对象在任何时刻只有一个unique_ptr指向。适合用于表示不需要共享所有权的资源。
- 特点：不允许复制，只能转移所有权。内存由unique_ptr负责，超出作用域时自动释放。
- 常见用法：用于表示函数返回的动态分配对象，或者对象的唯一所有者。
```
std::unique_ptr<int> ptr1 = std::make_unique<int>(10);
std::unique_ptr<int> ptr2 = std::move(ptr1);  // 转移所有权，ptr1 变为空
```
C++
std::shared_ptr：
- 用途：允许多个指针共享同一块内存，适用于需要多个所有者共同管理一个资源的场景。引用计数机制确保最后一个shared_ptr销毁时，内存被释放。
- 特点：支持引用计数，多个shared_ptr可以共享同一个对象的所有权。当最后一个shared_ptr被销毁时，它会自动释放内存。
- 常见用法：用于共享资源的场景，比如多个对象需要共享同一块内存时。
```
std::shared_ptr<int> ptr1 = std::make_shared<int>(20);
std::shared_ptr<int> ptr2 = ptr1;  // ptr1 和 ptr2 共享内存
```
C++
std::weak_ptr：
- 用途：weak_ptr是用来观察但不拥有内存的智能指针，通常与shared_ptr配合使用。它不增加引用计数，防止了shared_ptr之间的循环引用问题。
- 特点：weak_ptr不会影响shared_ptr的引用计数，因此它不会导致资源无法释放。通过weak_ptr可以安全地检查shared_ptr是否还有效。
- 常见用法：用于缓存、观察对象，避免因为循环引用导致内存泄漏。
```
std::shared_ptr<int> ptr1 = std::make_shared<int>(30);
std::weak_ptr<int> weak_ptr = ptr1;  // weak_ptr 不增加引用计数
```
C++

详细讲解与拓展

std::unique_ptr：
std::unique_ptr是最简单也是最常用的智能指针之一，它明确表示一个对象的唯一所有权。它适用于场景中只有一个所有者负责资源的管理。例如：
- 当你有一个需要负责销毁资源的类时，可以使用unique_ptr来表示该资源的所有权。它自动管理资源，避免手动调用delete。
- std::move用于将unique_ptr的所有权转移给另一个unique_ptr，这确保了资源的唯一性。
例如：
```
std::unique_ptr<int> ptr1 = std::make_unique<int>(10);
std::unique_ptr<int> ptr2 = std::move(ptr1);  // ptr2现在拥有资源，ptr1为空
```
C++
std::shared_ptr：
std::shared_ptr用于多个所有者共享一个资源。它使用引用计数的机制，每当一个新的shared_ptr指向对象时，引用计数增加；当shared_ptr被销毁时，引用计数减少，直到最后一个shared_ptr销毁时，才释放资源。这种特性使得shared_ptr适合于资源需要多个拥有者的场景。

但是，shared_ptr可能会导致循环引用问题。例如，两个对象互相持有shared_ptr，导致它们的引用计数永远不为零，从而导致内存泄漏。为了解决这个问题，引入了std::weak_ptr。

例如：
```
std::shared_ptr<int> ptr1 = std::make_shared<int>(20);
std::shared_ptr<int> ptr2 = ptr1;  // ptr1 和 ptr2 共享同一块内存
```
C++
std::weak_ptr：
std::weak_ptr是一个不改变引用计数的智能指针，它用于观察由shared_ptr管理的对象。它不会增加引用计数，也不会阻止对象的销毁。weak_ptr非常有用，尤其是在避免循环引用的情况下。通过weak_ptr，我们可以检查对象是否还存在，而不会延长其生命周期。

常见的使用场景包括：
- 缓存：你可以使用weak_ptr来观察缓存中的对象，而不增加引用计数，这样如果该对象被销毁，weak_ptr将自动变为空。
- 观察者模式：weak_ptr允许一个类观察另一个类的状态，而不阻止资源的销毁。
例如：
```
std::shared_ptr<int> ptr1 = std::make_shared<int>(30);
std::weak_ptr<int> weak_ptr = ptr1;  // weak_ptr 不增加引用计数
```
C++

总结

std::unique_ptr 用于唯一所有权的场景，确保内存有且只有一个所有者。
std::shared_ptr 用于多个所有者共享同一内存的场景，使用引用计数机制自动管理内存。
std::weak_ptr 用于避免循环引用问题，它观察但不增加引用计数，用于缓存和避免内存泄漏。

这些智能指针通过自动管理内存的生命周期，减少了手动管理内存时的错误，极大提升了 C++ 程序的安全性和可靠性。

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