什么是智能指针，何时应该使用智能指针？

http://en.wikipedia.org/wiki/Smart_pointer

在计算机科学中，智能指针 是一种抽象数据类型， 模拟指针，同时提供 其他功能，例如自动 垃圾回收或边界检查。 这些附加功能旨在 减少因误用 指针，同时保持效率。 智能指针通常会跟踪 指向它们的对象 内存管理的目的。这 滥用指针是一个主要来源 的 bug：常量分配， 必须取消分配和引用 由编写的程序执行 使用指针使它很有可能 会发生一些内存泄漏。 智能指针尝试阻止内存 通过使资源泄漏 自动释放：当 指向对象的指针（或最后一个 指针系列）被销毁，因为 例如，因为它超出了范围， 尖锐的物体也会被破坏。

智能指针类似于常规（类型化）指针，例如“char*”，除非指针本身超出范围，否则它所指向的内容也会被删除。通过使用“->”，您可以像使用常规指针一样使用它，但如果您需要指向数据的实际指针，则不可以。为此，您可以使用“&*ptr”。

它适用于：

• 必须使用 new 分配的对象，但您希望与该堆栈上的某些对象具有相同的生存期。如果将对象分配给智能指针，则当程序退出该函数/块时，它们将被删除。

• 类的数据成员，因此当对象被删除时，所有拥有的数据也会被删除，而析构函数中没有任何特殊代码（您需要确保析构函数是虚拟的，这几乎总是一件好事）。

在以下情况下，您可能不想使用智能指针：

• ...指针实际上不应该拥有数据...也就是说，当你只是使用数据，但你希望它在你引用它的函数中幸存下来时。
• ...智能指针本身不会在某个时候被销毁。您不希望它位于永远不会被销毁的内存中（例如，在动态分配但不会显式删除的对象中）。
• ...两个智能指针可能指向相同的数据。（然而，还有更聪明的指针可以处理这个问题......这称为引用计数。

另请参阅：

• 垃圾回收。
• 有关数据所有权的堆栈溢出问题

大多数类型的智能指针都会为您处理指向对象的指针的释放。它非常方便，因为您不必再考虑手动处理对象了。

最常用的智能指针是 （或 ），以及不太常见的 。我建议经常使用 .std::tr1::shared_ptrboost::shared_ptrstd::auto_ptrshared_ptr

shared_ptr用途广泛，可以处理各种处置方案，包括需要“跨 DLL 边界传递对象”的情况（如果在代码和 DLL 之间使用不同的 s，则常见的噩梦情况）。libc

更新：

关于过去使用的 C++ 类型，这个答案已经过时了。
在新标准中已弃用和删除。
应该使用标准的一部分 std：：shared_ptr 而不是 std：：。std::auto_ptrboost::shared_ptr

与智能指针基本原理背后的概念的链接仍然主要相关。

现代 C++ 具有以下智能指针类型，并且不需要提升智能指针：

• std::shared_ptr
• std::weak_ptr
• std::unique_ptr

答案中还提到了这本书的第二版：C++模板：完整指南第二版，作者：David Vandevoorde Nicolai，M. Josuttis，Douglas Gregor

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旧答案：

智能指针是一种类似指针的类型，具有一些附加功能，例如自动内存释放、引用计数等。

Smart Pointers - What， Why， Which？（智能指针 - 什么、为什么、哪个？）页面上有一个简短的介绍。

其中一种简单的智能指针类型是 std：：auto_ptr（C++标准的第 20.4.5 章），它允许在内存超出范围时自动释放内存，并且在抛出异常时比简单的指针使用更可靠，尽管不太灵活。

另一个方便的类型是 boost：：shared_ptr它实现引用计数，并在没有对对象的引用时自动释放内存。这有助于避免内存泄漏，并且易于使用来实现 RAII。

David Vandevoorde、Nicolai M. Josuttis的《C++ Templates： The Complete Guide》一书第20章深入介绍了该主题。智能指针。 涵盖的一些主题：

• 防范异常
• 持有者，（注意，std：：auto_ptr 是此类智能指针的实现）
• 资源获取是初始化（这通常用于 C++ 中的异常安全资源管理）
• 持有人限制
• 引用计数
• 并发计数器访问
• 销毁和分配

更新

这个答案相当古老，因此描述了当时的“好”，这是 Boost 库提供的智能指针。自 C++11 以来，标准库提供了足够的智能指针类型，因此您应该优先使用 std：：unique_ptr、std：：shared_ptr 和 std：：weak_ptr。

还有 std：：auto_ptr。它非常像一个有作用域的指针，只不过它还具有被复制的“特殊”危险能力——这也意外地转移了所有权。
它在 C++11 中已弃用，在 C++17 中已删除，因此不应使用它。

std::auto_ptr<MyObject> p1 (new MyObject());
std::auto_ptr<MyObject> p2 = p1; // Copy and transfer ownership. 
                                 // p1 gets set to empty!
p2->DoSomething(); // Works.
p1->DoSomething(); // Oh oh. Hopefully raises some NULL pointer exception.

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旧答案

智能指针是一个包装“原始”（或“裸”）C++ 指针的类，用于管理所指向对象的生存期。没有单一的智能指针类型，但它们都尝试以实用的方式抽象原始指针。

智能指针应优先于原始指针。如果你觉得你需要使用指针（首先考虑你是否真的这样做），你通常会希望使用智能指针，因为这可以缓解原始指针的许多问题，主要是忘记删除对象和泄漏内存。

使用原始指针，程序员必须在对象不再有用时显式销毁该对象。

// Need to create the object to achieve some goal
MyObject* ptr = new MyObject(); 
ptr->DoSomething(); // Use the object in some way
delete ptr; // Destroy the object. Done with it.
// Wait, what if DoSomething() raises an exception...?

相比之下，智能指针定义了有关何时销毁对象的策略。您仍然需要创建对象，但您不再需要担心销毁它。

SomeSmartPtr<MyObject> ptr(new MyObject());
ptr->DoSomething(); // Use the object in some way.

// Destruction of the object happens, depending 
// on the policy the smart pointer class uses.

// Destruction would happen even if DoSomething() 
// raises an exception

使用中最简单的策略涉及智能指针包装器对象的范围，例如由 boost：：scoped_ptr 或 std：：unique_ptr 实现。

void f()
{
    {
       std::unique_ptr<MyObject> ptr(new MyObject());
       ptr->DoSomethingUseful();
    } // ptr goes out of scope -- 
      // the MyObject is automatically destroyed.

    // ptr->Oops(); // Compile error: "ptr" not defined
                    // since it is no longer in scope.
}

请注意，实例无法复制。这样可以防止指针被多次（错误地）删除。但是，您可以将对它的引用传递给您调用的其他函数。std::unique_ptr

std::unique_ptr当您希望将对象的生存期绑定到特定的代码块时，或者如果将其作为成员数据嵌入到另一个对象中，则该另一个对象的生存期非常有用。该对象一直存在，直到包含代码块退出，或者直到包含对象本身被销毁。

更复杂的智能指针策略涉及对指针进行引用计数。这确实允许复制指针。当对对象的最后一个“引用”被销毁时，该对象将被删除。此政策由 boost：：shared_ptr 和 std：：shared_ptr 实施。

void f()
{
    typedef std::shared_ptr<MyObject> MyObjectPtr; // nice short alias
    MyObjectPtr p1; // Empty

    {
        MyObjectPtr p2(new MyObject());
        // There is now one "reference" to the created object
        p1 = p2; // Copy the pointer.
        // There are now two references to the object.
    } // p2 is destroyed, leaving one reference to the object.
} // p1 is destroyed, leaving a reference count of zero. 
  // The object is deleted.

当对象的生存期要复杂得多，并且不直接绑定到代码的特定部分或其他对象时，引用计数指针非常有用。

引用计数指针有一个缺点，即创建悬空引用的可能性：

// Create the smart pointer on the heap
MyObjectPtr* pp = new MyObjectPtr(new MyObject())
// Hmm, we forgot to destroy the smart pointer,
// because of that, the object is never destroyed!

另一种可能性是创建循环引用：

struct Owner {
   std::shared_ptr<Owner> other;
};

std::shared_ptr<Owner> p1 (new Owner());
std::shared_ptr<Owner> p2 (new Owner());
p1->other = p2; // p1 references p2
p2->other = p1; // p2 references p1

// Oops, the reference count of of p1 and p2 never goes to zero!
// The objects are never destroyed!

为了解决这个问题，Boost 和 C++11 都定义了 a 来定义对 .weak_ptrshared_ptr

Chris、Sergdev 和 Llyod 提供的定义是正确的。不过，我更喜欢一个更简单的定义，只是为了让我的生活变得简单： 智能指针只是一个重载 and 运算符的类。这意味着你的对象在语义上看起来像一个指针，但你可以让它做一些更酷的事情，包括引用计数、自动销毁等。 在大多数情况下就足够了，但伴随着他们自己的一套小特质。->*shared_ptrauto_ptr

智能指针是一个类似于指针的对象，但另外还提供对构造、销毁、复制、移动和取消引用的控制。

人们可以实现自己的智能指针，但许多库也提供智能指针实现，每个实现都有不同的优点和缺点。

例如，Boost 提供以下智能指针实现：

• shared_ptr<T>是指向使用引用计数来确定何时不再需要对象的指针。T
• scoped_ptr<T>是超出范围时自动删除的指针。无法进行转让。
• intrusive_ptr<T>是另一个引用计数指针。它提供了比 更好的性能，但要求类型提供自己的引用计数机制。shared_ptrT
• weak_ptr<T>是一个弱指针，与避免循环引用结合使用。shared_ptr
• shared_array<T>就像 ，但对于 的数组。shared_ptrT
• scoped_array<T>就像 ，但对于 的数组。scoped_ptrT

这些只是每个描述的一个线性描述，可以根据需要使用，有关更多详细信息和示例，可以查看 Boost 的文档。

此外，C++ 标准库提供了三个智能指针; 对于唯一所有权、共享所有权和 . 存在于 C++03 中，但现在已弃用。std::unique_ptrstd::shared_ptrstd::weak_ptrstd::auto_ptr

以下是类似答案的链接：http://sickprogrammersarea.blogspot.in/2014/03/technical-interview-questions-on-c_6.html

智能指针是一种对象，其行为、外观和感觉都与普通指针类似，但提供更多功能。在 C++ 中，智能指针作为模板类实现，这些类封装指针并重写标准指针运算符。与常规指针相比，它们具有许多优点。保证它们被初始化为 null 指针或指向堆对象的指针。选中通过空指针的间接。无需删除。当指向对象的最后一个指针消失时，将自动释放对象。这些智能指针的一个重要问题是，与常规指针不同，它们不尊重继承。智能指针对于多态代码没有吸引力。下面给出的是实现智能指针的示例。

例：

template <class X>
class smart_pointer
{
          public:
               smart_pointer();                          // makes a null pointer
               smart_pointer(const X& x)            // makes pointer to copy of x

               X& operator *( );
               const X& operator*( ) const;
               X* operator->() const;

               smart_pointer(const smart_pointer <X> &);
               const smart_pointer <X> & operator =(const smart_pointer<X>&);
               ~smart_pointer();
          private:
               //...
};

此类实现指向 X 类型对象的智能指针。对象本身位于堆上。以下是如何使用它：

smart_pointer <employee> p= employee("Harris",1333);

像其他重载运算符一样，p 的行为类似于常规指针，

cout<<*p;
p->raise_salary(0.5);

以下是现代 C++（C++11 及更高版本）的简单答案：

• “什么是智能指针？”
  它是一种类型，其值可以像指针一样使用，但它提供了自动内存管理的附加功能：当智能指针不再使用时，它指向的内存将被解除分配（另请参阅维基百科上的更详细定义）。
• “我什么时候应该使用？”
  在涉及跟踪内存的所有权、分配或取消分配的代码中;智能指针通常使您无需显式执行这些操作。
• “但是，在哪种情况下，我应该使用哪种智能指针？”
  • 如果希望对象与对它的单个拥有引用一样长，请使用 std：：unique_ptr。例如，将其用作指向内存的指针，该内存在进入某个作用域时分配，在退出作用域时取消分配。
  • 当您确实想从多个位置引用您的对象时，请使用 std：：shared_ptr - 并且不希望您的对象在所有这些引用本身消失之前被取消分配。
  • 当您确实想从多个位置引用您的对象时，请使用 std：：weak_ptr - 对于那些可以忽略和取消分配的引用（因此，当您尝试取消引用时，它们只会注意到该对象已消失）。
  • 有人建议在 C++26 中添加危险指针，但现在您还没有它们。
  • 不要使用智能指针，除非在特殊情况下，如果有必要，您可以阅读这些指针。boost::std::auto_ptr
• “嘿，我没问用哪一个！”
  啊，但你真的想，承认吧。
• “那我什么时候应该使用常规指针呢？”
  主要是在忽略内存所有权的代码中。这通常存在于从其他地方获取指针的函数中，并且不分配或取消分配，并且不存储比其执行更持久的指针副本。

在本教程中，设 T 为一个类 C++中的指针可以分为3种类型：

1） 原始指针：

T a;  
T * _ptr = &a; 

它们将内存地址保存到内存中的某个位置。请谨慎使用，因为程序变得复杂，难以跟踪。

带有 const 数据或地址的指针 { 向后读取 }

T a ; 
const T * ptr1 = &a ; 
T const * ptr1 = &a ;

指向数据类型 T 的指针，该数据类型是 const。这意味着您不能使用指针更改数据类型。即 ;行不通。但您可以移动指针。即 ;等等会起作用。 向后读取：指向类型 T 的指针，该类型是 const*ptr1 = 19ptr1++ , ptr1--

  T * const ptr2 ;

指向数据类型 T 的常量指针。这意味着您不能移动指针，但可以更改指针指向的值。IE 会起作用，但 etc 不起作用。向后读取：指向 T 型的 const 指针*ptr2 = 19ptr2++ ; ptr2--

const T * const ptr3 ; 

指向 const 数据类型 T 的 const 指针。这意味着您既不能移动指针，也不能将数据类型指针更改为指针。即. 行不通ptr3-- ; ptr3++ ; *ptr3 = 19;

3） 智能指针 ： {#include <memory> }

共享指针：

  T a ; 
     //shared_ptr<T> shptr(new T) ; not recommended but works 
     shared_ptr<T> shptr = make_shared<T>(); // faster + exception safe

     std::cout << shptr.use_count() ; // 1 //  gives the number of " 
things " pointing to it. 
     T * temp = shptr.get(); // gives a pointer to object

     // shared_pointer used like a regular pointer to call member functions
      shptr->memFn();
     (*shptr).memFn(); 

    //
     shptr.reset() ; // frees the object pointed to be the ptr 
     shptr = nullptr ; // frees the object 
     shptr = make_shared<T>() ; // frees the original object and points to new object

使用引用计数来实现，以跟踪有多少“事物”指向指针所指向的对象。当此计数为 0 时，对象将被自动删除，即当指向该对象的所有share_ptr都超出范围时，将删除 objected。 这样就摆脱了必须删除使用 new 分配的对象的麻烦。

弱指针：帮助处理使用共享指针时出现的循环引用 如果有两个由两个共享指针指向的对象，并且有一个内部共享指针指向彼此的共享指针，则将有一个循环引用，并且当共享指针超出范围时，不会删除该对象。为了解决这个问题，将内部成员从shared_ptr改为weak_ptr。注意：要访问弱指针指向的元素，请使用 lock（） ，这将返回一个weak_ptr。

T a ; 
shared_ptr<T> shr = make_shared<T>() ; 
weak_ptr<T> wk = shr ; // initialize a weak_ptr from a shared_ptr 
wk.lock()->memFn() ; // use lock to get a shared_ptr 
//   ^^^ Can lead to exception if the shared ptr has gone out of scope
if(!wk.expired()) wk.lock()->memFn() ;
// Check if shared ptr has gone out of scope before access

请参阅：std：：weak_ptr何时有用？

唯一指针：具有独家所有权的轻量级智能指针。当指针指向唯一对象而不在指针之间共享对象时使用。

unique_ptr<T> uptr(new T);
uptr->memFn(); 

//T * ptr = uptr.release(); // uptr becomes null and object is pointed to by ptr
uptr.reset() ; // deletes the object pointed to by uptr 

要更改唯一 ptr 指向的对象，请使用 move 语义

unique_ptr<T> uptr1(new T);
unique_ptr<T> uptr2(new T);
uptr2 = std::move(uptr1); 
// object pointed by uptr2 is deleted and 
// object pointed by uptr1 is pointed to by uptr2
// uptr1 becomes null 

引用： 它们本质上可以作为 const 指针，即 const 指针，不能用更好的语法移动。

请参阅：C++ 中的指针变量和引用变量有什么区别？

r-value reference : reference to a temporary object   
l-value reference : reference to an object whose address can be obtained
const reference : reference to a data type which is const and cannot be modified 

参考资料 ： https://www.youtube.com/channel/UCEOGtxYTB6vo6MQ-WQ9W_nQ 感谢 Andre 指出这个问题。

智能指针是那些您不必担心内存取消分配、资源共享和传输的指针。

您可以很好地使用这些指针，就像在 Java 中进行任何分配一样。在 java 中，垃圾收集器可以解决问题，而在 Smart Pointers 中，问题由析构函数完成。

智能指针是一个类，是普通指针的包装器。与普通指针不同，智能指针的生命周期基于引用计数（智能指针对象被分配的次数）。因此，每当将一个智能指针分配给另一个指针时，内部引用计数都会加加。每当对象超出范围时，引用计数减去减去。

自动指针虽然看起来很相似，但与智能指针完全不同。它是一个方便的类，每当自动指针对象超出变量范围时，它就会释放资源。在某种程度上，它使指针（动态分配的内存）的工作方式类似于堆栈变量（在编译时静态分配）。

现有的答案很好，但没有涵盖当智能指针不是您尝试解决的问题的（完整）答案时该怎么做。

除其他外（在其他答案中解释得很好），使用智能指针是解决以下问题的可能解决方案：如何使用抽象类作为函数返回类型？ 已被标记为此问题的重复项。但是，如果想在 C++ 中将抽象（或实际上任何）基类指定为返回类型，首先要问的问题是“您的真正含义是什么？在 boost 指针容器库的文档中，对 C++ 中的惯用面向对象编程（以及它与其他语言有何不同）进行了很好的讨论（并有进一步的参考）。总之，在 C++ 中，您必须考虑所有权。哪些智能指针可以帮助你，但不是唯一的解决方案，或者总是一个完整的解决方案（它们不会给你多态副本），并且并不总是你想在接口中公开的解决方案（函数返回听起来很像接口）。例如，返回引用可能就足够了。但是在所有这些情况下（智能指针、指针容器或只是返回引用），您都已将返回值更改为某种形式的引用。如果你真的需要复制，你可能需要添加更多的样板“惯用语”，或者使用Adobe Poly或Boost.TypeErasure等库从C++中的惯用（或其他）OOP转移到更通用的多态性。

什么是智能指针。

加长版，原则上：

https://web.stanford.edu/class/archive/cs/cs106l/cs106l.1192/lectures/lecture15/15_RAII.pdf

现代 C++ 习语：

RAII: Resource Acquisition Is Initialization.

● When you initialize an object, it should already have 
  acquired any resources it needs (in the constructor).


● When an object goes out of scope, it should release every 
  resource it is using (using the destructor).

眼：

● There should never be a half-ready or half-dead object.
● When an object is created, it should be in a ready state.
● When an object goes out of scope, it should release its resources. 
● The user shouldn’t have to do anything more. 

原始指针违反 RAII：当指针超出范围时，需要用户手动删除。

RAII的解决方案是：

Have a smart pointer class:
● Allocates the memory when initialized
● Frees the memory when destructor is called
● Allows access to underlying pointer

对于需要复制和共享的智能指针，请使用shared_ptr：

● use another memory to store Reference counting and shared.
● increment when copy, decrement when destructor.
● delete memory when Reference counting is 0. 
  also delete memory that store Reference counting.

对于智能指针不拥有原始指针，请使用weak_ptr：

● not change Reference counting.

shared_ptr用法：

correct way:
std::shared_ptr<T> t1 = std::make_shared<T>(TArgs);
std::shared_ptr<T> t2 = std::shared_ptr<T>(new T(Targs));

wrong way:
T* pt = new T(TArgs); // never exposure the raw pointer
shared_ptr<T> t1 = shared_ptr<T>(pt);
shared_ptr<T> t2 = shared_ptr<T>(pt);

始终避免使用原始指针。

对于必须使用原始指针的方案：

https://stackoverflow.com/a/19432062/2482283

对于非 nullptr 的原始指针，请改用 reference。

not use T*
use T&  

对于可能是 nullptr 的可选引用，请使用原始指针，这意味着：

T* pt; is optional reference and maybe nullptr.
Not own the raw pointer, 
Raw pointer is managed by some one else.
I only know that the caller is sure it is not released now.