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C++智能指针存在性能开销吗 对比unique_ptr与shared_ptr使用场景

P粉602998670

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发布时间:2025-08-08 11:00:02

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来源于php中文网

原创

c++++智能指针存在性能开销,主要取决于使用场景。1. 性能开销来源于内存分配、原子操作和析构逻辑,其中shared_ptr因控制块和原子操作开销更大,而unique_ptr几乎可忽略。2. unique_ptr适用于独占所有权、单线程、高频调用等场景,优势在于无引用计数、无原子操作、可高效传递所有权。3. shared_ptr用于共享资源管理,适用于多对象共享、延迟释放等场景,但需注意原子操作带来的性能瓶颈、控制块内存占用及循环引用问题。4. 优先选择unique_ptr,除非需要共享所有权;性能差异体现在构造/析构速度、内存占用和多线程表现,shared_ptr在频繁创建销毁时明显慢于unique_ptr。合理选用智能指针可在保障安全的同时兼顾性能。

C++智能指针存在性能开销吗 对比unique_ptr与shared_ptr使用场景

C++的智能指针确实存在一定的性能开销,但具体影响取决于使用场景。

unique_ptr
shared_ptr
是最常用的两种智能指针,它们在资源管理、线程安全和性能方面各有特点。

C++智能指针存在性能开销吗 对比unique_ptr与shared_ptr使用场景

1. 智能指针的性能开销从哪儿来?

智能指针之所以比裸指针“重”,主要是因为它们做了额外的工作:

C++智能指针存在性能开销吗 对比unique_ptr与shared_ptr使用场景
  • 内存分配:尤其是
    shared_ptr
    需要额外分配一个控制块(control block)来保存引用计数和删除器。
  • 原子操作
    shared_ptr
    在多线程环境下增加或减少引用计数时会使用原子操作,这会带来一定的同步开销。
  • 析构逻辑:智能指针会在生命周期结束时自动释放资源,这部分逻辑虽然透明,但也需要执行。

相比之下,

unique_ptr
的开销几乎可以忽略不计,因为它本质上只是对裸指针的一层轻量封装,没有引用计数等复杂机制。

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;


2.
unique_ptr
的适用场景与优势

如果你只需要一个独占所有权的指针,

unique_ptr
是首选。它适合以下情况:

C++智能指针存在性能开销吗 对比unique_ptr与shared_ptr使用场景
  • 资源不需要共享
  • 不需要动态多态返回值(但可以配合
    unique_ptr
    来实现)
  • 对性能要求较高的模块,比如高频调用的函数或数据结构内部

它的优点包括:

  • 没有引用计数,构造和析构非常快
  • 不涉及原子操作,适用于单线程或栈上临时对象
  • 可以高效地作为函数返回值传递所有权
小技巧:unique_ptr 可以移动但不能复制,这种设计避免了误操作带来的问题,也减少了运行时的不确定性。

3.
shared_ptr
的使用场景与注意事项

当你需要多个指针共享同一个资源,并希望资源在其最后一个使用者释放后自动销毁时,就该用

shared_ptr

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典型场景包括:

  • 多个对象之间共享某个资源
  • 需要延迟释放(例如跨线程回调)
  • 缓存系统、观察者模式等需要灵活生命周期管理的结构

不过要注意几点:

  • 每次拷贝或赋值都会触发原子加减操作,可能成为性能瓶颈
  • 控制块的额外内存开销(尤其在大量小对象的情况下)
  • 循环引用可能导致内存泄漏(可以通过
    weak_ptr
    解决)

如果你频繁创建和销毁

shared_ptr
,建议考虑对象池或者优化其生命周期管理。


4. 如何选择?性能差异有多大?

一般情况下,优先选

unique_ptr
,除非你真的需要共享所有权。性能差异主要体现在以下几个方面:

  • 构造/析构速度:
    unique_ptr
    明显更快
  • 内存占用:
    shared_ptr
    多出控制块,通常为 16~32 字节
  • 多线程表现:
    shared_ptr
    并发访问时会有锁竞争风险

实际测试中,在单线程下连续创建和销毁 100 万个指针,

shared_ptr
的耗时通常是
unique_ptr
的几倍甚至十几倍,特别是在使用
make_shared
以外的方式构造时更明显。


基本上就这些。合理使用智能指针不仅能提高代码安全性,也能在不影响性能的前提下写出清晰的资源管理逻辑。

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