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C++ 智能指针实现原理

news 2025/6/12 17:28:46

C++ 智能指针是通过 RAII（资源获取即初始化）技术来管理动态分配内存的工具，它能避免手动管理内存时常见的内存泄漏问题。下面详细介绍其两大核心机制：引用计数和自定义删除器。

一、引用计数原理

引用计数是智能指针实现资源自动释放的基础机制。其工作流程如下：

当一个智能指针被创建并指向某个资源时，该资源的引用计数初始化为 1。
当智能指针被复制（如赋值给其他智能指针）或作为参数传递时，引用计数加 1。
当智能指针被销毁（如离开作用域）或被重置为指向其他资源时，引用计数减 1。
当引用计数降为 0 时，表示没有智能指针再引用该资源，此时自动释放该资源。

这种机制确保了资源的生命周期与引用它的智能指针数量严格绑定。C++ 标准库中的 std::shared_ptr 和 std::weak_ptr 就是基于引用计数实现的。

二、自定义删除器

默认情况下，智能指针在引用计数为 0 时会使用 delete 操作符释放资源。但对于一些特殊资源，如文件句柄、网络连接等，需要自定义释放方式，这时就可以使用自定义删除器。自定义删除器允许用户指定一个可调用对象（函数、函数对象或 Lambda 表达式），在资源释放时调用该对象来执行特定的清理操作。

三、示例代码

下面是一个简单的示例，展示了引用计数和自定义删除器的用法：

#include <iostream>
#include <memory>// 自定义资源类，用于演示
class Resource {
public:Resource(int id) : id_(id) {std::cout << "Resource " << id_ << " created" << std::endl;}~Resource() {std::cout << "Resource " << id_ << " destroyed" << std::endl;}void use() const {std::cout << "Using resource " << id_ << std::endl;}
private:int id_;
};// 自定义删除器函数
void customDeleter(Resource* res) {std::cout << "Custom deleting resource" << std::endl;delete res;
}int main() {// 创建一个 shared_ptr，使用自定义删除器std::shared_ptr<Resource> ptr1(new Resource(1), customDeleter);std::cout << "ptr1 use count: " << ptr1.use_count() << std::endl;// 复制 shared_ptr，引用计数增加std::shared_ptr<Resource> ptr2 = ptr1;std::cout << "ptr1 use count: " << ptr1.use_count() << std::endl;std::cout << "ptr2 use count: " << ptr2.use_count() << std::endl;// 使用资源ptr1->use();ptr2->use();// 重置 ptr2，引用计数减少ptr2.reset();std::cout << "After reset ptr2:" << std::endl;std::cout << "ptr1 use count: " << ptr1.use_count() << std::endl;// ptr1 离开作用域，引用计数变为 0，资源被释放return 0;
}

四、代码解释

引用计数演示：
- ptr1 创建时引用计数为 1。
- ptr2 复制 ptr1 后，两者引用计数都变为 2。
- ptr2.reset() 使 ptr2 不再引用资源，ptr1 的引用计数变回 1。
- ptr1 离开作用域时，引用计数降为 0，资源被释放。
自定义删除器演示：
- 通过 std::shared_ptr 的第二个参数传入 customDeleter 函数。
- 当资源释放时，会先调用 customDeleter 函数，再执行实际的资源释放操作。