C++ shared_ptr原理 引用计数机制详解

std::shared_ptr通过引用计数管理对象生命周期，多个shared_ptr共享同一控制块，拷贝或赋值时引用计数加1，销毁或重置时减1，计数为0时自动释放对象；使用std::make_shared可提升性能，但需警惕循环引用导致内存泄漏，此时应结合std::weak_ptr打破循环；引用计数操作线程安全，但对象本身访问需额外同步。

在C++中，std::shared_ptr 是一种智能指针，用于管理动态分配对象的生命周期。它的核心机制是引用计数（Reference Counting），通过共享同一个引用计数来决定何时释放所指向的对象。

引用计数的基本原理

每个 shared_ptr 实例都指向一个控制块（control block），这个控制块包含：

• 指向实际对象的指针
• 当前有多少个 shared_ptr 共享该对象的引用计数（use_count）
• 可能还有 weak_ptr 使用的弱引用计数（weak_count）
• 自定义删除器（deleter）和分配器（allocator）信息（如果有的话）

当一个新的 shared_ptr 指向同一个对象时，引用计数加1；当一个 shared_ptr 被销毁或重新赋值时，引用计数减1。当引用计数变为0时，说明没有 shared_ptr 再指向这个对象，系统会自动调用删除器释放对象内存。

shared_ptr 的拷贝与赋值

shared_ptr 的拷贝构造和赋值操作会增加引用计数：

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 std::shared_ptr<int> ptr1 = std::make_shared<int>(42); std::shared_ptr<int> ptr2 = ptr1; // 引用计数从1变为2 std::shared_ptr<int> ptr3; ptr3 = ptr2; // 引用计数变为3 

此时，ptr1、ptr2、ptr3 都指向同一个 int 对象，引用计数为3。只有当这三个指针全部离开作用域或被重置时，对象才会被释放。

控制块的创建时机

控制块（包含引用计数）是在 shared_ptr 初始化时创建的，但具体行为取决于初始化方式：

• 使用 std::make_shared<T>()：对象和控制块在一块内存中分配，效率更高
• 使用 shared_ptr(new T)：对象和控制块分别分配，可能有性能损失

无论哪种方式，只要多个 shared_ptr 共享同一个对象，它们就共享同一个控制块和引用计数。

循环引用问题与 weak_ptr

引用计数机制有一个致命缺陷：循环引用。例如：

 struct Node {     std::shared_ptr<Node> parent;     std::shared_ptr<Node> child; }; // 如果 parent.child = child; child.parent = parent; // 引用计数永远不为0，内存无法释放 

为解决这个问题，C++ 提供了 std::weak_ptr。它不增加引用计数，只观察对象是否存在。当需要访问时，可尝试提升为 shared_ptr：

 std::weak_ptr<Node> weak_ref = ptr; if (auto locked = weak_ref.lock()) {     // 对象仍存在，locked 是 shared_ptr } </font>