C++11 智能指針深度解析：unique_ptr、shared_ptr 與 weak_ptr 實戰指南

C++11 智能指針深度解析：unique_ptr、shared_ptr 與 weak_ptr 實戰指南

C++11 引入三種智能指針取代已棄用的 auto_ptr，核心解決「誰擁有對象、何時釋放」的資源管理問題。

shared_ptr：共享所有權與控制塊

• 引用計數機制：複製構造/賦值增加計數，析構減少，歸零時 delete 對象。
• 線程安全：控制塊計數為原子操作，但對象本身存取非線程安全。
• 循環引用陷阱：A 持有 B 的 shared_ptr，B 持有 A 的 shared_ptr → 永不釋放。解決：將一方改為 weak_ptr。

weak_ptr：打破循環、安全觀察

• 不增加引用計數，構造自 shared_ptr。
• 使用前必須 lock() 獲取臨時 shared_ptr，若對象已釋放返回空指針。
• 典型場景：緩存、觀察者模式、父子雙向引用（子用 weak_ptr 指向父）。

unique_ptr：獨占所有權、零開銷

• 不可複製，只能移動（std::move）。
• 編譯期強制單一擁有者，運行期零額外開銷（無控制塊）。
• 支援自定義刪除器，可管理陣列 unique_ptr。
• 首選作為「工廠函數返回值」或「容器元素」（vector>）。

最佳實踐速查表

關鍵代碼範例

// 循環引用修復
struct B; struct A { weak_ptr b; };
struct B { shared_ptr a; };

// enable_shared_from_this
struct Good : enable_shared_from_this {
    shared_ptr getptr() { return shared_from_this(); }
};

// unique_ptr 管理陣列
unique_ptr arr(new int[100]);
arr[0] = 42; // 支援下標操作