さまざまな C++ スマート ポインター タイプのパフォーマンスとオーバーヘッドはどのように比較されますか?

C++ スマート ポインター型の比較: unique_ptr: 排他的所有権、低オーバーヘッド (1 ポインター サイズ);shared_ptr: 共有所有権、高オーバーヘッド (参照カウント、制御ブロック);weak_ptr: 弱い参照、低オーバーヘッド (1 ポインター サイズ)。該当するシナリオ: 頻繁な割り当て/解放: unique_ptr 共有所有権:shared_ptr またはweak_ptr 参照カウントによるメモリの管理:shared_ptr

さまざまな C++ スマート ポインター タイプのパフォーマンスとオーバーヘッドの比較

スマート ポインターは、C++ で次の目的で使用されます。ダイナミクスの管理 メモリを割り当てるクラス テンプレート。これらはメモリ管理の利便性とセキュリティを提供し、手動でポインタを管理する必要性を排除します。スマート ポインターの種類が異なれば、提供される機能やオーバーヘッドも異なります。アプリケーションで最適な選択をするには、これらの違いを理解することが重要です。

型とオーバーヘッド

C++ で最も一般的に使用されるスマート ポインターの型には次のものがあります。

• unique_ptr: 単一オブジェクトのライフ サイクルを管理するために使用される排他的に所有されるポインター。オーバーヘッド: 低 (1 ポインター サイズ)
• shared_ptr: 共有所有権を持つポインター。複数のポインターが同じオブジェクトを同時に参照できるようにします。オーバーヘッド: 高 (参照カウント、制御ブロック)
• weak_ptr: 弱い参照。オブジェクトの参照カウントに関与せず、オブジェクトの削除を妨げません。オーバーヘッド: 低 (1 ポインター サイズ)

パフォーマンスの比較

さまざまなスマート ポインター タイプのパフォーマンスは、使用シナリオによって異なります。ポインタの割り当てと割り当て解除を頻繁に実行する操作の場合、オーバーヘッド unique_ptr が低いほどパフォーマンスが向上します。

所有権を共有する場合、shared_ptrは堅牢で使いやすいソリューションですが、その参照カウントメカニズムによりオーバーヘッドが生じます。この場合、weak_ptr を使用して非所有権の共有を実現することを検討してください。

実際的なケース

動的に割り当てられた文字列コンテナを管理する必要がある関数があるとします。さまざまなスマート ポインター タイプを使用して、コンテナーのライフサイクルを管理できます:

// 使用 unique_ptr
void example_unique_ptr() {
  // 分配并初始化字符串容器
  auto container = std::make_unique<std::vector<std::string>>(100);

  // 对容器进行操作

  // 不再需要容器后，unique_ptr 自动释放它
}

// 使用 shared_ptr
void example_shared_ptr() {
  std::shared_ptr<std::vector<std::string>> container;

  {
    // 创建一个临时的 shared_ptr，指向动态分配的容器
    auto tmp = std::make_shared<std::vector<std::string>>(100);
    container = tmp;  // 将所有权转移到 container

    // 对容器进行操作
  }

  // 离开作用域时，tmp 失效，但 container 仍指向容器
  // 等到所有 shared_ptr 引用都被销毁后，容器才会被释放
}

// 使用 weak_ptr
void example_weak_ptr() {
  std::shared_ptr<std::vector<std::string>> container;

  {
    // 创建一个临时 shared_ptr，没有直接所有权
    auto tmp = std::make_shared<std::vector<std::string>>(100);
    std::weak_ptr<std::vector<std::string>> weak_container(tmp);

    // 对容器进行操作

    if (auto locked = weak_container.lock()) {
      // locked 现在是一个指向容器的 shared_ptr
    }
  }

  // 离开作用域时，tmp 失效，container 可能仍然存在
  // 如果没有其他 shared_ptr 引用容器，它会被释放
}

選択ガイド

最も適切なスマート ポインター タイプの選択は、アプリケーションの特定のニーズによって異なります:

• 排他的所有権と頻繁な割り当て/解放操作: unique_ptr
• 共有所有権とオーバーヘッドに対する感度: weak_ptr または shared_ptr
• 参照カウントによるメモリ管理: shared_ptr

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