C++在Linux中使用智能指针指南

智能指针是C++11引入的重要特性，用于自动管理动态分配的内存，防止内存泄漏。在Linux环境下使用智能指针与在其他平台基本相同，但需要注意一些Linux特有的编译和调试事项。

主要智能指针类型

1. std::unique_ptr (独占指针)

#include <memory>

void example_unique_ptr() {
    // 创建unique_ptr
    std::unique_ptr<int> ptr(new int(10));

    // 使用指针
    *ptr = 20;

    // 自动释放内存，无需手动delete
}

特点： - 独占所有权，不能复制，只能移动 - 零开销，性能接近裸指针 - 适用于单所有者场景

2. std::shared_ptr (共享指针)

#include <memory>

void example_shared_ptr() {
    // 创建shared_ptr
    std::shared_ptr<int> ptr1 = std::make_shared<int>(30);

    // 共享所有权
    std::shared_ptr<int> ptr2 = ptr1;

    // 引用计数为2
    // 当最后一个shared_ptr销毁时释放内存
}

特点： - 共享所有权，使用引用计数 - 可以复制 - 适用于多所有者场景 - 比unique_ptr有额外开销

3. std::weak_ptr (弱指针)

#include <memory>

void example_weak_ptr() {
    std::shared_ptr<int> shared = std::make_shared<int>(40);
    std::weak_ptr<int> weak = shared;

    // 使用时需要先转换为shared_ptr
    if (auto temp = weak.lock()) {
        // 使用temp
    }
}

特点： - 不增加引用计数 - 用于解决shared_ptr的循环引用问题 - 必须从shared_ptr创建

Linux环境下的注意事项

1. 编译选项：

   g++ -std=c++11 -o program program.cpp
   

   确保使用C++11或更高标准

2. 调试工具：

   • 使用valgrind检查内存泄漏： bash valgrind --leak-check=full ./program
   • 使用gdb调试智能指针

3. 与Linux系统API结合：

   // 使用智能指针管理文件描述符
   struct FileDescriptorDeleter {
      void operator()(int* fd) {
          if (fd && *fd >= 0) {
              close(*fd);
          }
          delete fd;
      }
   };
   
   std::unique_ptr<int, FileDescriptorDeleter> fd_ptr(new int(open("file.txt", O_RDONLY)));
   

最佳实践

1. 优先使用std::make_unique和std::make_shared而非直接new：

   auto ptr = std::make_unique<MyClass>(args...);
   

2. 在Linux多线程环境中，shared_ptr的引用计数操作是线程安全的

3. 避免将智能指针与裸指针混用

4. 对于需要自定义删除器的资源（如文件描述符、malloc分配的内存等），使用unique_ptr并指定删除器

5. 在性能敏感代码中优先考虑unique_ptr

常见问题解决

1. 编译错误"undefined reference to std::make_unique"： 确保使用C++14标准（make_unique是C++14引入的）：

   g++ -std=c++14 -o program program.cpp
   

2. 智能指针与第三方C库交互：

   void* malloc_data = malloc(100);
   std::unique_ptr<void, decltype(&free)> malloc_ptr(malloc_data, &free);
   

3. 循环引用问题： 使用weak_ptr打破shared_ptr的循环引用

通过合理使用智能指针，可以大大减少Linux C++程序中的内存管理错误，提高代码的安全性和可维护性。