unique_ptr实现独占所有权,资源只能由一个指针持有,通过移动语义转移控制权,性能高效;shared_ptr支持共享所有权,多个指针共享同一资源,使用引用计数管理生命周期,但有性能开销和循环引用风险。
在C++智能指针中,shared_ptr 和 unique_ptr 是最常用的两种类型,它们都用于自动管理动态分配的对象生命周期,但设计目的和使用场景有明显区别。
所有权语义不同
unique_ptr 实现独占式所有权。一个对象只能被一个 unique_ptr 持有,不能复制,只能通过移动语义转移控制权。
例如:
- unique_ptr<int> ptr1 = make_unique<int>(10);
- unique_ptr<int> ptr2 = ptr1; // 错误:禁止复制
- unique_ptr<int> ptr3 = std::move(ptr1); // 正确:转移所有权
而 shared_ptr 支持共享所有权。多个 shared_ptr 可以指向同一个对象,内部使用引用计数跟踪有多少个指针共享该资源。
性能与开销差异
unique_ptr 轻量高效,几乎没有运行时开销。它不涉及引用计数,析构时直接释放资源,底层实现接近裸指针的性能。
立即学习“C++免费学习笔记(深入)”;
shared_ptr 因为需要维护引用计数(以及弱引用计数),每次拷贝、赋值或析构都会触发原子操作(多线程下),带来一定性能损耗。同时占用内存更多,因为它要保存控制块信息。
适用场景对比
当你需要单一所有者管理资源时,优先选择 unique_ptr。比如工厂函数返回对象、类成员持有资源、临时动态对象等。
- 函数返回值常用 unique_ptr 表示唯一所有权转移
- 作为容器元素存储动态对象,避免内存泄漏
当多个部分需要共享访问同一对象,并且无法确定谁最后一个使用时,用 shared_ptr 更合适。
- 多个对象共享配置数据
- 观察者模式中的共享目标对象
- 缓存系统中多个引用指向同一结果
循环引用风险
shared_ptr 的引用计数机制容易导致循环引用问题。如果两个对象互相持有对方的 shared_ptr,引用计数永远不为零,造成内存泄漏。
解决办法是使用 weak_ptr 打破循环。而 unique_ptr 不会出现这个问题,因为它不允许共享。
基本上就这些。简单说:unique_ptr 用于“我独占这个资源”,shared_ptr 用于“我们一起用这个资源”。根据语义选择合适类型,能提升代码安全性和可读性。