C++中的内存管理一直是一个重要的议题，不当的内存管理容易导致资源泄露、野指针等问题。为了简化内存管理，C++11引入了智能指针（smart pointer）的概念，其中`unique_ptr`和`shared_ptr`是最常用的两种。本文将深入探讨这两种智能指针的内部机制和使用场景。
`unique_ptr`是C++11中引入的一种智能指针，它实现了独占所有权语义。一个`unique_ptr`对象拥有其所管理的对象，并且保证其生命周期内只有一个`unique_ptr`可以指向该对象。这种独占所有权避免了多个指针共享同一个资源时可能产生的竞争条件。
`unique_ptr`通常通过删除拷贝构造函数和赋值操作符来确保独占所有权。这意味着一旦一个`unique_ptr`对象被创建，它就不能被复制，只能被移动。以下是`unique_ptr`的基本用法：
#include
#include
int main() {
std::unique_ptr ptr1 = std::make_unique(10);
// std::unique_ptr ptr2 = ptr1; // 错误：不允许拷贝
std::unique_ptr ptr3 = std::move(ptr1); // 正确：移动语义
if (!ptr1) {
std::cout << "ptr1 is null\n";
}
if (ptr3) {
std::cout << "ptr3 holds: " << *ptr3 << "\n";
}
return 0;
}
`unique_ptr`适用于需要明确独占所有权的场景，例如动态分配的对象只应有一个所有者。在对象生命周期内，这种独占所有权可以确保资源不会被意外释放或重复释放。
`shared_ptr`是C++11中引入的另一种智能指针，它实现了共享所有权语义。多个`shared_ptr`对象可以指向同一个资源，并且资源的释放由最后一个`shared_ptr`销毁时触发。这种机制通过引用计数来实现。
`shared_ptr`内部维护了一个控制块（control block），其中包含指向资源的指针和一个引用计数。每当一个`shared_ptr`对象被创建、复制或赋值时，引用计数会增加；当`shared_ptr`对象被销毁时，引用计数会减少。当引用计数变为零时，资源会被释放。以下是`shared_ptr`的基本用法：
#include
#include
int main() {
std::shared_ptr ptr1 = std::make_shared(10);
std::shared_ptr ptr2 = ptr1; // 正确：共享所有权
std::cout << "ptr1 use_count: " << ptr1.use_count() << "\n"; // 输出：2
std::cout << "ptr2 use_count: " << ptr2.use_count() << "\n"; // 输出：2
return 0;
}
`shared_ptr`适用于需要共享所有权的场景，例如对象需要在多个地方被访问和修改，但不需要明确的生命周期管理。通过引用计数机制，`shared_ptr`可以自动管理资源的释放，避免内存泄露。
`unique_ptr`和`shared_ptr`是C++中常用的两种智能指针，它们分别实现了独占所有权和共享所有权语义。`unique_ptr`适用于需要明确独占所有权的场景，而`shared_ptr`适用于需要共享所有权的场景。通过合理使用这两种智能指针，开发者可以更加高效地管理内存，避免资源泄露和野指针等问题。