智能指针与资源管理

题目

智能指针与资源管理

信息

• 类型：问答
• 难度：⭐⭐

考点

智能指针的使用,移动语义,自定义删除器

快速回答

在C++11及以上版本中，智能指针是管理动态内存的核心工具：

• 优先使用std::unique_ptr实现独占所有权资源管理
• 需要共享所有权时使用std::shared_ptr并注意循环引用问题
• 通过移动语义（std::move）转移unique_ptr所有权
• 对非内存资源（如文件句柄）使用自定义删除器

问题场景

假设需要实现一个FileHandler类，封装文件操作并满足：

1. 文件资源在对象销毁时自动关闭
2. 支持所有权的安全转移
3. 避免资源泄漏和重复释放

原理说明

C++11引入的智能指针通过RAII（资源获取即初始化）机制自动管理资源：

• std::unique_ptr：独占所有权，不可复制但可移动
• std::shared_ptr：共享所有权，基于引用计数
• 自定义删除器：允许指定资源释放逻辑（如fclose）

代码实现

#include <memory>
#include <cstdio>

class FileHandler {
public:
    // 自定义删除器
    struct FileDeleter {
        void operator()(FILE* fp) const {
            if(fp) {
                std::fclose(fp);
                std::cout << "File closed\n";
            }
        }
    };

    // 使用 unique_ptr 管理文件资源
    using UniqueFilePtr = std::unique_ptr<FILE, FileDeleter>;

    explicit FileHandler(const char* filename, const char* mode)
        : file_(std::fopen(filename, mode)) {
        if(!file_) throw std::runtime_error("File open failed");
    }

    // 支持移动语义
    FileHandler(FileHandler&&) = default;
    FileHandler& operator=(FileHandler&&) = default;

    void write(const char* data) {
        if(std::fputs(data, file_.get()) == EOF)
            throw std::runtime_error("Write error");
    }

private:
    UniqueFilePtr file_;
};

// 使用示例
int main() {
    FileHandler f1("test.txt", "w");
    f1.write("Hello ");

    // 所有权转移
    FileHandler f2 = std::move(f1);
    f2.write("World!");

    return 0;
} // 文件自动关闭

最佳实践

1. 首选unique_ptr：默认使用独占所有权，避免引用计数开销
2. 移动而非复制：通过std::move转移资源所有权
3. 自定义删除器：管理非内存资源（文件/网络套接字等）
4. 避免裸指针：不调用get()获取底层指针除非必要

常见错误

扩展知识

• std::shared_ptr：当需要共享所有权时使用，注意用std::make_shared创建
• std::weak_ptr：解决shared_ptr循环引用问题
• enable_shared_from_this：在类内部获取自身的shared_ptr
• C++17新增的std::unique_ptr<T[]>支持数组类型