C++shared_ptr和unique_ptr使用区别-C++-PHP中文网

unique_ptr独占所有权，性能高，适用于单一拥有者场景；shared_ptr共享所有权，通过引用计数管理生命周期，支持多拥有者但有性能开销和循环引用风险。

c++shared_ptr和unique_ptr使用区别

C++中的

shared_ptr

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和

unique_ptr

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，核心区别在于它们对资源所有权的管理哲学：

unique_ptr

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奉行独占，而

shared_ptr

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则支持共享。这不仅仅是语法上的差异，更深层次地触及到程序的性能、安全性和设计模式。简单来说，如果你需要一个资源只有一个明确的拥有者，并且在拥有者消失时资源也随之释放，那就选

unique_ptr

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；如果你需要多个地方共同管理一个资源的生命周期，

shared_ptr

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就是你的不二之选，但它也带来了额外的考量。

解决方案

unique_ptr

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和

shared_ptr

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是C++11引入的智能指针，旨在解决传统裸指针带来的内存泄漏和悬挂指针问题。它们的核心差异体现在所有权语义和底层实现上。

unique_ptr

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代表的是独占所有权。这意味着在任何时刻，只有一个

unique_ptr

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能够指向并管理一个特定的对象。这种所有权是严格的，不可复制，只能通过

std::move

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进行转移。当一个

unique_ptr

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超出其作用域或被销毁时，它所管理的对象也会被自动删除。它的优势在于零运行时开销（除了对象本身的析构），因为它不需要维护引用计数，所有的所有权检查都是在编译期完成的，性能上与裸指针几乎无异。

shared_ptr

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则实现了共享所有权。多个

shared_ptr

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可以共同指向并管理同一个对象。它通过内部维护一个引用计数器来实现这一点：每当一个新的

shared_ptr

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指向该对象时，引用计数器加一；每当一个

shared_ptr

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被销毁或不再指向该对象时，引用计数器减一。只有当引用计数器归零时，

shared_ptr

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才会负责删除所管理的对象。这种机制极大地简化了复杂对象图的生命周期管理，但代价是需要额外的内存来存储引用计数，并且引用计数的增减操作（通常是原子操作）会带来一定的运行时开销。

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选择哪种智能指针，关键在于你对资源所有权的需求。如果资源有一个明确的、唯一的拥有者，并且这个拥有者在其生命周期结束时负责释放资源，那么

unique_ptr

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无疑是更优的选择，因为它提供了更好的性能和编译期安全性。如果资源需要在程序的多个部分之间共享，并且没有一个单一的拥有者，那么

shared_ptr

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的共享所有权模型就能很好地解决问题，尽管你需要注意它可能带来的性能和循环引用问题。

std::unique_ptr

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的性能优势与适用场景

在我看来，

unique_ptr

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是C++智能指针家族中的“性能之王”。它的设计哲学就是最小化开销，提供与裸指针相近的性能表现，同时又保证了内存安全。这种性能优势主要来源于其独占所有权模型，这意味着它根本不需要像

shared_ptr

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那样去维护一个引用计数。没有引用计数的增减，就没有原子操作的开销，也没有额外的内存分配来存储这个计数器。说白了，它就是一个带RAII（资源获取即初始化）语义的裸指针，在编译期就锁定了资源的唯一归属。

它的适用场景非常广泛，几乎涵盖了所有你可以明确资源单一所有权的情况。比如，当你在一个工厂函数中创建对象并返回时，

unique_ptr

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是理想的选择：

std::unique_ptr<MyObject> createObject() {
    return std::make_unique<MyObject>(); // 返回一个独占所有权的智能指针
}
// ...
auto obj = createObject(); // obj现在独占MyObject实例

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再比如，在一个类中，如果某个成员变量是动态分配的，并且它的生命周期完全由这个类的实例来管理，那么

unique_ptr

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是比裸指针更好的选择，它能确保当类的实例被销毁时，动态分配的成员也会被正确释放，避免了手动

delete

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的繁琐和遗漏。

class Manager {
private:
    std::unique_ptr<Resource> _resource; // Manager独占Resource
public:
    Manager() : _resource(std::make_unique<Resource>()) {}
    // ...
};

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此外，在标准库容器中存储动态分配的对象时，

std::vector<std::unique_ptr<T>>

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是一个非常常见的模式。它允许你存储大量独立的对象，并且在容器销毁时，所有这些对象都会被自动清理，效率很高。这些场景都体现了

unique_ptr

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在保证安全性的同时，对性能的极致追求。

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std::shared_ptr

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的生命周期管理与陷阱

shared_ptr

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的出现，确实让C++中复杂对象图的生命周期管理变得前所未有的简单。它的核心机制是引用计数：每当一个

shared_ptr

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被复制，指向同一个资源，内部的引用计数就会增加；当一个

shared_ptr

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被销毁或重置，引用计数就会减少。只有当引用计数降到零时，它所管理的对象才会被真正释放。这种“多人共管”的模式，在很多场景下都非常方便，比如当一个对象需要被多个模块、多个线程同时访问，并且这些模块的生命周期不完全同步时。

然而，这种便利并非没有代价，它最臭名昭著的陷阱就是循环引用。想象一下，两个对象A和B，A持有一个

shared_ptr

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指向B，B也持有一个

shared_ptr

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指向A。当这两个对象被创建后，它们的引用计数都会是2（自身一个，对方一个）。即便外部所有指向A和B的

shared_ptr

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都消失了，A和B内部的

shared_ptr

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依然存在，导致它们的引用计数永远不会降到零。结果就是，这两个对象会永远驻留在内存中，造成内存泄漏。

struct B; // 前向声明
struct A {
    std::shared_ptr<B> b_ptr;
    ~A() { std::cout << "A destroyed!\n"; }
};

struct B {
    std::shared_ptr<A> a_ptr; // 这里如果用shared_ptr，就会形成循环引用
    ~B() { std::cout << "B destroyed!\n"; }
};

void create_circular_ref() {
    auto a = std::make_shared<A>();
    auto b = std::make_shared<B>();
    a->b_ptr = b;
    b->a_ptr = a;
} // 当a和b离开作用域时，它们的引用计数仍为1，导致A和B都不会被销毁

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为了解决这个难题，C++标准库引入了

std::weak_ptr

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。

weak_ptr

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是一种不拥有资源所有权的智能指针，它指向一个由

shared_ptr

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管理的对象，但不会增加该对象的引用计数。你可以把它看作是一个“观察者”，它能检查对象是否还存在，但不会阻止对象的销毁。当需要访问

weak_ptr

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指向的对象时，可以通过其

lock()

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方法尝试获取一个

shared_ptr

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。如果对象已经销毁，

lock()

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会返回一个空的

shared_ptr

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。

// 修正后的B结构体，使用weak_ptr打破循环引用
struct B_fixed {
    std::weak_ptr<A> a_ptr; // 使用weak_ptr
    ~B_fixed() { std::cout << "B_fixed destroyed!\n"; }
};

void create_no_circular_ref() {
    auto a = std::make_shared<A>();
    auto b = std::make_shared<B_fixed>();
    a->b_ptr = b;
    b->a_ptr = a; // 这里a_ptr不会增加a的引用计数
} // 当a和b离开作用域时，A和B_fixed都会被正确销毁

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所以，在使用

shared_ptr

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时，尤其是在设计相互引用的对象时，务必审视是否存在循环引用的可能。

weak_ptr

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是解决这个问题的关键工具，它允许你建立非所有权关系，从而正确管理对象的生命周期。

智能指针间的转换与协作：

unique_ptr

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到

shared_ptr

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在实际的软件开发中，我们经常会遇到这样的场景：一个资源最初被设计为独占所有权，由

unique_ptr

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管理，但在程序的某个阶段，这个资源突然需要被多个模块共享。这时，我们就需要将

unique_ptr

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“升级”为

shared_ptr

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。这种转换是完全合理且被C++标准支持的。

从

unique_ptr

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到

shared_ptr

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的转换，本质上是所有权语义的转变：从独占变为共享。这个过程通常是通过

std::move

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来实现的，因为

unique_ptr

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是不可复制的。

std::unique_ptr<Gadget> unique_gadget = std::make_unique<Gadget>();
// ... 经过一些独占阶段的操作 ...

// 现在，这个Gadget需要被共享了
std::shared_ptr<Gadget> shared_gadget = std::move(unique_gadget);
// 此时，unique_gadget已经变为空指针，所有权已转移给shared_gadget
// shared_gadget的引用计数为1

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这种转换是单向的。你不能将一个