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智能指针与RAII

一、智能指针 (Smart Pointers)​

注意

博客关于智能指针的再学习与理解。有着更完整的知识点与理解，建立优先学习博客内容。

1. 定义​

智能指针是一种用于管理动态分配内存的对象，它能够自动释放所指向的内存，从而减少内存泄漏的风险。智能指针可以认为是对指针的封装，提供了与指针相同的方法。
智能指针的本质是在封装与栈，还可以认为是RAII的一种实现。即完全离开作用域触发GC。

2. 类型​

智能指针主要有以下几种类型：

  • std::unique_ptr：
    • 表示独占所有权的智能指针。
    • 不能被复制，只能移动。
    • 当 std::unique_ptr 超出作用域时，所管理的内存会自动释放。
  std::unique_ptr<int> ptr(new int(5)); // 创建一个unique_ptr
  std::unique_ptr<int> ptr1 = std::move(ptr1); // 转移所有权
  • std::shared_ptr：
    • 表示共享所有权的智能指针。
    • 允许多个指针共享同一内存资源。
    • 使用引用计数来跟踪指向同一内存的智能指针数量，当引用计数归零时，内存自动释放。
  std::shared_ptr<int> ptr1(new int(5)); // 创建一个shared_ptr
  std::shared_ptr<int> ptr2 = ptr1; // ptr1 和 ptr2 共享同一内存
  • std::weak_ptr：
    • 与 std::shared_ptr 结合使用，提供对共享资源的非拥有引用。
    • 防止循环引用导致的内存泄漏。
  std::shared_ptr<int> ptr1(new int(5)); // 创建一个shared_ptr
  std::shared_ptr<int> ptr2 = ptr1; // ptr1 和 ptr2 共享同一内存
  std::weak_ptr<int> weakPtr = ptr1; // 创建一个weak_ptr，不增加引用计数

3. 优势​

  • 自动内存管理：智能指针可以自动管理内存，减少了手动释放内存的麻烦。
  • 防止内存泄漏：通过 RAII（资源获取即初始化）机制，智能指针能够确保资源在超出作用域时被正确释放。
  • 异常安全：智能指针能有效处理异常情况，确保资源的正确释放。

二、RAII (Resource Acquisition Is Initialization)​

1. 定义​

RAII 是一种编程技术，主要用于管理资源的生命周期。其基本理念是：资源的获取与对象的生命周期相绑定，当对象被创建时获取资源，当对象超出作用域时自动释放资源。

2. 特点​

  • 自动管理资源：RAII 通过对象的构造和析构函数自动管理资源，如内存、文件句柄和网络连接等。
  • 异常安全：RAII 可以保证在异常发生时资源被正确释放，从而防止资源泄漏。

3. 示例​

以下是一个简单的 RAII 示例，演示如何管理动态分配的内存：

#include <iostream>

class Resource {
public:
    Resource() {
        data = new int[100]; // 获取资源
        std::cout << "Resource acquired." << std::endl;
    }
    ~Resource() {
        delete[] data; // 释放资源
        std::cout << "Resource released." << std::endl;
    }
private:
    int* data;
};

void func() {
    Resource res; // 创建 RAII 对象
    // 在此处使用资源
}

int main() {
    func(); // 离开作用域时，资源会自动释放
    return 0;
}

4. 智能指针与RAII的关系​

智能指针是 RAII 的一种实现。它们在构造时获取资源（例如动态分配内存），并在析构时自动释放资源。通过智能指针，可以方便地实现 RAII，使得资源管理更加安全和高效。

3. 关于指针与智能指针的个人理解​

我认为智能指针才应该算是真正意义的指针，脱离内容的指针毫无意义，作为专门指向内容的类型，就应与其绑定的内容共享生命周期。
或者说，智能指针是开发用的，而指针是更为底层的类型。就像Vector和基础数组的关系一样。