智能指针：线程安全与高效管理指南

智能指针的线程安全性

C++11的智能指针在多线程环境下的表现不同。shared_ptr的引用计数是线程安全的，但指向的对象本身不保证线程安全。若需多线程访问同一对象，需额外同步机制。unique_ptr因独占所有权，线程安全性依赖于对象的转移和释放逻辑。

std::shared_ptr<int> ptr = std::make_shared<int>(42);
// 引用计数操作安全，但修改 *ptr 需加锁
std::mutex mtx;
mtx.lock();
*ptr = 100;
mtx.unlock();

自定义删除器的应用

智能指针允许通过模板参数指定自定义删除器，适用于管理非传统资源（如文件句柄、网络连接）。shared_ptr和unique_ptr均支持此功能，但语法略有差异。

// unique_ptr 自定义删除器（函数对象）
struct FileDeleter {
    void operator()(FILE* fp) const {
        if (fp) fclose(fp);
    }
};
std::unique_ptr<FILE, FileDeleter> filePtr(fopen("test.txt", "r"));

// shared_ptr 自定义删除器（Lambda表达式）
auto socketDeleter = [](Socket* s) { s->close(); delete s; };
std::shared_ptr<Socket> sockPtr(new Socket(), socketDeleter);

循环引用的解决方案

shared_ptr的循环引用会导致内存泄漏。例如，两个类互相持有对方的shared_ptr，引用计数无法归零。解决方法是使用weak_ptr打破循环，它不增加引用计数且需通过lock()获取临时shared_ptr访问资源。

class B;
class A {
public:
    std::shared_ptr<B> bPtr;
    ~A() { std::cout << "A destroyed\n"; }
};

class B {
public:
    std::weak_ptr<A> aWeakPtr; // 改用 weak_ptr
    ~B() { std::cout << "B destroyed\n"; }
};

// 使用示例
auto a = std::make_shared<A>();
auto b = std::make_shared<B>();
a->bPtr = b;
b->aWeakPtr = a; // 不会增加引用计数

性能优化与使用场景

• make_shared的优势：合并引用计数与对象的内存分配，减少内存碎片，但对象生命周期可能与控制块绑定。
• unique_ptr的高效性：零开销抽象，适用于独占资源，如工厂模式返回的资源所有权转移。
• weak_ptr的延迟加载：适用于缓存、观察者模式，避免持有资源阻止其释放。

// make_shared 优化示例
auto ptr = std::make_shared<Resource>(args); // 单次分配

// unique_ptr 用于工厂模式
std::unique_ptr<Base> createObject(int type) {
    return std::unique_ptr<Base>(new Derived(type));
}

与RAII原则的结合

智能指针是RAII（资源获取即初始化）的典型实现，确保资源在析构时自动释放。结合作用域规则，可避免手动delete导致的错误。例如，在异常发生时，局部智能指针仍能正确释放资源。

void process() {
    auto res = std::make_shared<Resource>();
    if (error_occurred) throw std::runtime_error("Error");
    // res 会在栈展开时自动释放
}

兼容性与迁移建议

从传统指针迁移到智能指针时需注意：

• 避免混用new/delete与智能指针。
• 使用get()获取原始指针时需确保智能指针生命周期覆盖使用期。
• 优先选择make_shared和make_unique（C++14引入）而非显式new。

// 迁移示例
// 旧代码
Resource* oldPtr = new Resource();
delete oldPtr;

// 新代码
auto newPtr = std::make_unique<Resource>();

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