4. unique_ptr（上）：独占所有权模型，基本用法与make_unique

好，咱们今天来聊聊 unique_ptr。这是 C++11 引入的智能指针里，我个人用得最多的一个。为什么？因为它简单、高效，而且语义清晰——说白了，它就是「独占」两个字。

独占所有权模型：这东西是我的，你别碰

unique_ptr 的核心思想，就是「独占所有权」。一个资源（比如堆上 new 出来的对象），只能被一个 unique_ptr 拥有。你不能拷贝它，只能移动它。

我刚开始用 C++ 智能指针时，其实有点不习惯。以前写代码，new 了就得惦记着 delete，生怕忘了。有了 unique_ptr，你只管 new，它自动帮你 delete。嗯，就是这么省心。

核心原则：unique_ptr 的拷贝构造函数和拷贝赋值运算符是被删除的。你无法写出这样的代码：

std::unique_ptr<int> p1(new int(42));
std::unique_ptr<int> p2 = p1;  // 编译错误！

为什么会这样？因为如果允许拷贝，那就意味着两个 unique_ptr 指向同一块内存，那到底谁负责释放？这就乱套了。所以 C++ 标准委员会干脆一刀切：不能拷贝，只能移动。

基本用法：从创建到释放

咱们先看最基础的创建方式：

#include <memory>

std::unique_ptr<int> ptr(new int(100));
std::cout << *ptr << std::endl;  // 输出 100

这里 ptr 管理着一个 int 对象。当 ptr 离开作用域时，它会自动 delete 这个 int。你不需要写任何 delete 语句。

但说实话，直接用 new 来构造 unique_ptr，我个人不太推荐。为什么？因为如果构造函数抛出异常，可能会造成内存泄漏。更好的做法是用 make_unique。

make_unique：更安全、更简洁

C++14 引入了 std::make_unique。它是个工厂函数，帮你创建 unique_ptr。用法如下：

auto ptr = std::make_unique<int>(100);
// 等价于 std::unique_ptr<int> ptr(new int(100));

用 make_unique 的好处有三个：

  • 异常安全：不会因为参数求值顺序导致内存泄漏
  • 代码更短：不用写 new，也不用写类型名两次
  • 语义更清晰：一看就知道是在创建独占指针

我在项目中遇到过一个问题：有个同事用 new 创建 unique_ptr，结果构造函数抛异常，内存就泄漏了。后来全组统一改用 make_unique，再没出过类似问题。

小技巧：如果你用的是 C++11，没有 make_unique 怎么办？自己写一个！网上有很多实现，几行代码的事。或者直接用 new，但要确保构造函数不会抛异常。

移动语义：所有权转移

unique_ptr 虽然不能拷贝，但可以移动。移动意味着所有权从一个指针转移到另一个指针。原来的指针变成空。

auto p1 = std::make_unique<int>(42);
auto p2 = std::move(p1);  // p1 现在为空，p2 拥有资源

if (!p1) {
    std::cout << "p1 是空的" << std::endl;
}
std::cout << *p2 << std::endl;  // 输出 42

你想想看，这就像一把钥匙。你把它交给别人，自己手里就没有了。这就是独占所有权的精髓。

作为函数参数和返回值

unique_ptr 经常被用作函数参数和返回值。这里有几个常见模式：

作为返回值：工厂函数

std::unique_ptr<MyClass> createMyClass() {
    return std::make_unique<MyClass>();
}

auto obj = createMyClass();  // 所有权转移到 obj

这种模式很常见。函数内部创建对象，然后把所有权交给调用者。调用者负责管理对象的生命周期。

作为参数：传递所有权

void takeOwnership(std::unique_ptr<MyClass> ptr) {
    // 函数内部拥有 ptr 的所有权
    ptr->doSomething();
    // 函数结束时，ptr 自动释放
}

auto obj = std::make_unique<MyClass>();
takeOwnership(std::move(obj));  // 所有权转移给函数
// 此时 obj 为空

我曾经在重构一个老项目时，发现很多地方用裸指针传递所有权，结果到处是内存泄漏。改成 unique_ptr 后，代码清晰多了，谁拥有资源一目了然。

自定义删除器

unique_ptr 默认用 delete 释放资源。但有时候你需要自定义删除行为，比如释放文件句柄、关闭 socket 等。这时候可以传入自定义删除器：

auto fileDeleter = [](FILE* fp) {
    if (fp) {
        fclose(fp);
        std::cout << "文件已关闭" << std::endl;
    }
};

std::unique_ptr<FILE, decltype(fileDeleter)> 
    filePtr(fopen("test.txt", "r"), fileDeleter);

注意，自定义删除器会影响 unique_ptr 的大小。默认情况下，unique_ptr 和裸指针一样大（8 字节）。但如果用了函数对象作为删除器，可能会变大。无状态的 lambda 不会增加大小，但函数指针会。

注意：自定义删除器的类型是 unique_ptr 模板参数的一部分。所以两个删除器类型不同的 unique_ptr，即使管理同一类型资源，也是不同的类型，不能互相赋值。

知识结构图

下面这张图总结了 unique_ptr 的核心知识点：

unique_ptr 知识结构 unique_ptr 独占所有权模型 基本用法：创建、访问、释放 make_unique：安全创建 移动语义：所有权转移 自定义删除器 函数参数与返回值

避坑指南

最后，分享几个我踩过的坑：

  • 不要用 unique_ptr 管理数组：默认的 unique_ptr 用 delete 而不是 delete[]。如果你要管理数组，用 std::unique_ptr<int[]> 或者直接用 vector。
  • 不要混用裸指针和 unique_ptr：如果你把一个裸指针传给 unique_ptr，然后又用裸指针 delete 它，就会 double free。记住：资源只能有一个所有者。
  • 不要在容器里存 unique_ptr 的引用：容器要求元素可拷贝，但 unique_ptr 不能拷贝。如果你需要容器管理独占资源，用 std::vector<std::unique_ptr<T>> 是可以的，因为移动操作是允许的。

我曾经在一个项目里，看到有人把 unique_ptr 的引用存到 vector 里，然后程序崩溃得一塌糊涂。后来改成直接存 unique_ptr 的值，问题就解决了。

好了，unique_ptr 的上半部分就讲到这里。记住它的核心：独占、移动、安全。下节课咱们继续聊 unique_ptr 的高级用法和性能优化。

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