在 C++ 中，对象的生命周期管理至关重要，尤其是涉及动态内存分配的情况下。管理对象生命周期的核心是确保对象在需要时被创建，不再需要时被销毁，并避免资源泄漏或悬空指针问题。以下是常见的对象生命周期管理方法和技巧：
1. 自动对象（栈对象）
特点
- 自动对象在作用域结束时自动销毁。
- 无需手动管理内存。
示例
void function() {
int x = 42; // 自动对象
// x 的生命周期在函数作用域结束时结束
} // x 在此处自动销毁
优点
- 不需要手动释放内存，安全可靠。
- 避免了内存泄漏。
2. 动态对象（堆对象）
特点
- 通过 new 和 delete 显式分配和释放内存。
- 必须手动管理生命周期。
示例
void function() {
int* p = new int(42); // 动态分配内存
std::cout << *p << std::endl;
delete p; // 必须手动释放内存
}
问题
- 如果忘记 delete，会导致内存泄漏。
- 如果重复 delete，会导致未定义行为。
- 如果在释放后继续访问，可能导致悬空指针问题。
3. 使用智能指针
C++ 提供了智能指针（std::unique_ptr、std::shared_ptr、std::weak_ptr），可以自动管理动态对象的生命周期，避免手动 delete。
3.1 std::unique_ptr
- 独占所有权，不允许多个指针共享同一资源。
- 最适合单一所有权场景。
#include <iostream>
#include <memory>
void function() {
std::unique_ptr<int> p = std::make_unique<int>(42); // 自动管理内存
std::cout << *p << std::endl;
} // p 超出作用域时自动释放内存
3.2 std::shared_ptr
- 多个指针可以共享同一资源。
- 使用引用计数，当最后一个 shared_ptr 销毁时释放资源。
#include <iostream>
#include <memory>
void function() {
std::shared_ptr<int> p1 = std::make_shared<int>(42);
std::shared_ptr<int> p2 = p1; // p1 和 p2 共享同一内存
std::cout << *p2 << std::endl;
} // p1 和 p2 都超出作用域时内存被释放
3.3 std::weak_ptr
- 与 std::shared_ptr 配合使用，用于解决循环引用问题。
- 不增加引用计数。
#include <iostream>
#include <memory>
struct Node {
std::shared_ptr<Node> next;
std::weak_ptr<Node> prev; // 使用 weak_ptr 防止循环引用
};
void function() {
auto node1 = std::make_shared<Node>();
auto node2 = std::make_shared<Node>();
node1->next = node2;
node2->prev = node1; // 避免循环引用
}
4. 避免悬空指针和内存泄漏
方法
- 初始化指针在声明指针时将其初始化为 nullptr。
- 避免直接使用裸指针优先使用智能指针。
- 及时释放资源对动态分配的内存始终使用 delete。
- 检查释放后的指针在释放资源后将指针设置为 nullptr。
示例
int* p = new int(42);
delete p;
p = nullptr; // 避免悬空指针
5. RAII（资源获取即初始化）
RAII 是 C++ 管理资源的核心思想。通过构造函数获取资源，析构函数释放资源，确保对象生命周期与资源生命周期绑定。
示例
#include <iostream>
#include <fstream>
class FileHandler {
private:
std::ofstream file;
public:
FileHandler(const std::string& filename) {
file.open(filename);
if (!file) {
throw std::runtime_error("Failed to open file");
}
}
~FileHandler() {
if (file.is_open()) {
file.close(); // 自动释放资源
}
}
};
void function() {
try {
FileHandler handler("example.txt");
// 使用文件
} catch (const std::exception& e) {
std::cerr << e.what() << std::endl;
}
} // handler 的析构函数自动关闭文件
6. 自定义资源管理器
对于非内存资源（如文件句柄、网络连接等），可以实现 RAII 风格的资源管理器。
示例
#include <iostream>
class Resource {
private:
int* data;
public:
Resource() : data(new int(42)) {
std::cout << "Resource acquired\n";
}
~Resource() {
delete data; // 自动释放资源
std::cout << "Resource released\n";
}
};
void function() {
Resource res; // 自动管理资源
} // res 超出作用域时，析构函数释放资源
总结
- 优先使用栈对象，因为它们的生命周期由作用域自动管理。
- 在需要动态分配内存时，使用智能指针（如 std::unique_ptr 或 std::shared_ptr）。
- 遵循 RAII 原则，将资源管理逻辑封装到类的构造函数和析构函数中。
- 避免直接使用裸指针，通过智能指针和 RAII 简化代码，减少内存管理错误的风险。