0

0

C++中std::shared_ptr内存布局是怎样的_C++智能指针控制块原理解析【底层】

尼克

尼克

发布时间:2026-02-16 14:27:37

|

903人浏览过

|

来源于php中文网

原创

std::shared_ptr的控制块单独分配,逻辑上与对象分离:前段为控制块(含引用计数、弱引用计数、删除器等),后段为t对象;shared_ptr仅存两个指针,控制块生命周期由weak_count决定,需use_count和weak_count均为0才释放。

c++中std::shared_ptr内存布局是怎样的_c++智能指针控制块原理解析【底层】

std::shared_ptr 的控制块(control block)存在哪里

它不和管理的对象在同一个内存块里,而是单独分配——哪怕你用 std::make_shared 也一样,只是对象和控制块被分配在连续内存中(同一块 malloc 返回的区域),但逻辑上仍是两个部分:前段是控制块,后段才是 T 类型对象。

控制块至少包含:
- 引用计数(use_count
- 弱引用计数(weak_count
- 删除器(deleter)的函数指针或内联存储
- 分配器(allocator)信息(若自定义)
- 可选:自定义删除器捕获的上下文(如 lambda 捕获值)

关键点:
- std::shared_ptr 本身只存两个指针:一个指向对象(T*),一个指向控制块(control_block*
- 控制块的生命周期独立于对象;当 use_count 降为 0 时对象被销毁,但控制块要等到 weak_count 也为 0 才释放
- 如果你用裸指针构造 std::shared_ptr<t>(new T)</t>,控制块和对象必然分开放,因为 new 只负责对象

为什么 make_shared 比直接 new + shared_ptr 更高效

因为一次分配完成控制块 + 对象,避免两次堆分配。但注意:这仅在使用默认删除器、无自定义分配器、且对象类型可平凡构造/析构时才成立(实际编译器基本都支持)。

常见误区:
- std::make_shared 不能用于需要自定义删除器的场景(除非你额外传入,但此时仍会分配控制块+对象,删除器被拷贝进控制块)
- 若 T 的构造函数抛异常,make_shared 会保证控制块一并释放,不会泄漏
- 对于大对象,make_shared 的局部性更好,CPU 缓存更友好

反例:以下代码控制块和对象一定分离

std::shared_ptr<int> p(new int(42), [](int* p) { std::cout << *p << '\n'; delete p; });

weak_ptr 是怎么共享控制块却不影响对象生命周期的

std::weak_ptr 内部也存一个指向控制块的指针,但它不修改 use_count,只增减 weak_count

360智图
360智图

AI驱动的图片版权查询平台

下载

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;

真正决定对象生死的只有 use_countweak_count 只是“还有谁在观察这个控制块”。当最后一个 shared_ptr 析构(use_count→0),对象立即销毁,但控制块还在——直到所有 weak_ptr 也都析构(weak_count→0),控制块才释放。

所以:
- weak_ptr.lock() 成功的前提是 use_count > 0,它返回新 shared_ptr 并原子增 use_count
- 如果你持有 weak_ptr 却长期不调 lock(),控制块会一直占着内存,哪怕对象早已销毁
- weak_ptr 自身不引发分配,它的大小通常和 shared_ptr 相同(两个指针)

自定义删除器和分配器如何影响控制块布局

控制块必须能存储删除器和分配器实例。标准库实现一般采用“类型擦除 + 小对象优化”策略:

- 若删除器是函数指针(如 void(*)(T*))或空类(如 std::default_delete<t></t>),常直接存于控制块固定字段,不额外分配
- 若删除器是带捕获的 lambda 或大对象(比如含 std::string 成员),控制块会在堆上再 malloc 一块内存存放它,并在控制块中存指针
- 自定义分配器同理:若可平凡复制且尺寸小,就内嵌;否则外置
- 这意味着:看似相同的 shared_ptr<t></t> 类型,不同构造方式可能导致控制块大小、分配次数、甚至缓存行对齐行为完全不同

验证方法(GCC/Clang):

std::cout << sizeof(std::shared_ptr<int>) << '\n'; // 通常是 16 字节(两个指针)<br>std::cout << sizeof(std::weak_ptr<int>) << '\n';  // 同样 16

但控制块本身的大小无法直接 sizeof,它取决于构造方式

最易被忽略的一点:控制块里的引用计数是原子操作,且通常用 lock-free 实现。这意味着即使你不显式加锁,shared_ptr 在多线程间拷贝/赋值/析构也是安全的——但代价是每次访问都带内存序约束(如 memory_order_relaxed 读,memory_order_acq_rel 改),别把它当成零成本原语。

热门AI工具

更多
DeepSeek
DeepSeek

幻方量化公司旗下的开源大模型平台

豆包大模型
豆包大模型

字节跳动自主研发的一系列大型语言模型

通义千问
通义千问

阿里巴巴推出的全能AI助手

腾讯元宝
腾讯元宝

腾讯混元平台推出的AI助手

文心一言
文心一言

文心一言是百度开发的AI聊天机器人,通过对话可以生成各种形式的内容。

讯飞写作
讯飞写作

基于讯飞星火大模型的AI写作工具,可以快速生成新闻稿件、品宣文案、工作总结、心得体会等各种文文稿

即梦AI
即梦AI

一站式AI创作平台,免费AI图片和视频生成。

ChatGPT
ChatGPT

最最强大的AI聊天机器人程序,ChatGPT不单是聊天机器人,还能进行撰写邮件、视频脚本、文案、翻译、代码等任务。

相关专题

更多
string转int
string转int

在编程中,我们经常会遇到需要将字符串(str)转换为整数(int)的情况。这可能是因为我们需要对字符串进行数值计算,或者需要将用户输入的字符串转换为整数进行处理。php中文网给大家带来了相关的教程以及文章,欢迎大家前来学习阅读。

750

2023.08.02

javascriptvoid(o)怎么解决
javascriptvoid(o)怎么解决

javascriptvoid(o)的解决办法:1、检查语法错误;2、确保正确的执行环境;3、检查其他代码的冲突;4、使用事件委托;5、使用其他绑定方式;6、检查外部资源等等。本专题为大家提供相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

182

2023.11.23

java中void的含义
java中void的含义

本专题整合了Java中void的相关内容,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

114

2025.11.27

lambda表达式
lambda表达式

Lambda表达式是一种匿名函数的简洁表示方式,它可以在需要函数作为参数的地方使用,并提供了一种更简洁、更灵活的编码方式,其语法为“lambda 参数列表: 表达式”,参数列表是函数的参数,可以包含一个或多个参数,用逗号分隔,表达式是函数的执行体,用于定义函数的具体操作。本专题为大家提供lambda表达式相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

212

2023.09.15

python lambda函数
python lambda函数

本专题整合了python lambda函数用法详解,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

192

2025.11.08

Python lambda详解
Python lambda详解

本专题整合了Python lambda函数相关教程,阅读下面的文章了解更多详细内容。

58

2026.01.05

堆和栈的区别
堆和栈的区别

堆和栈的区别:1、内存分配方式不同;2、大小不同;3、数据访问方式不同;4、数据的生命周期。本专题为大家提供堆和栈的区别的相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

417

2023.07.18

堆和栈区别
堆和栈区别

堆(Heap)和栈(Stack)是计算机中两种常见的内存分配机制。它们在内存管理的方式、分配方式以及使用场景上有很大的区别。本文将详细介绍堆和栈的特点、区别以及各自的使用场景。php中文网给大家带来了相关的教程以及文章欢迎大家前来学习阅读。

589

2023.08.10

pixiv网页版官网登录与阅读指南_pixiv官网直达入口与在线访问方法
pixiv网页版官网登录与阅读指南_pixiv官网直达入口与在线访问方法

本专题系统整理pixiv网页版官网入口及登录访问方式,涵盖官网登录页面直达路径、在线阅读入口及快速进入方法说明,帮助用户高效找到pixiv官方网站,实现便捷、安全的网页端浏览与账号登录体验。

145

2026.02.13

热门下载

更多
网站特效
/
网站源码
/
网站素材
/
前端模板

精品课程

更多
相关推荐
/
热门推荐
/
最新课程
C# 教程
C# 教程

共94课时 | 9.6万人学习

C 教程
C 教程

共75课时 | 4.8万人学习

C++教程
C++教程

共115课时 | 18万人学习

关于我们 免责申明 举报中心 意见反馈 讲师合作 广告合作 最新更新
php中文网:公益在线php培训,帮助PHP学习者快速成长!
关注服务号 技术交流群
PHP中文网订阅号
每天精选资源文章推送

Copyright 2014-2026 https://www.php.cn/ All Rights Reserved | php.cn | 湘ICP备2023035733号