悠悠楠杉
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智能指针能否用于数组管理：剖析unique_ptr对数组的特化支持
08/30
引言
在C++动态内存管理中，原生指针直接操作数组常伴随内存泄漏和越界风险。现代C++引入智能指针家族（unique_ptr、shared_ptr、weak_ptr）以RAII（资源获取即初始化）机制实现自动内存回收。然而，智能指针默认设计针对单一对象，若需管理动态数组，需理解其特化实现机制。
unique_ptr对数组的特化设计
1. 基础语法差异
标准unique_ptr针对对象和数组提供两种模板特化：
cpp
// 管理单个对象（默认）
std::unique_ptr
// 管理动态数组（显式特化）
std::unique_ptr<T[]> ptr(new T[n]);
关键区别在于：
- 数组特化版本需显式声明[]，提示编译器调用数组版本的delete[]而非delete。
- 数组特化重载了operator[]，支持下标访问，但禁用了operator*和operator->，避免误用。
2. 生命周期管理
当unique_ptr<T[]>离开作用域时，自动调用delete[]释放整个数组，严格遵循RAII原则：cpp
{
std::unique_ptr<int[]> arr(new int[5]{1, 2, 3, 4, 5});
arr[2] = 42; // 合法操作
} // 此处自动调用delete[]
对比原生指针，省去手动释放的繁琐和潜在遗漏。
3. 所有权与移动语义
unique_ptr禁止拷贝构造/赋值（防浅拷贝），但允许移动语义：cpp
auto arr1 = std::unique_ptr<int[]>(new int[3]);
auto arr2 = std::move(arr1); // 所有权转移后，arr1变为nullptr
此特性尤其适合在函数间传递数组所有权，避免深拷贝开销。
与传统数组管理的对比
| 特性 | 原生指针+new[] | unique_ptr<T[]> |
|---------------------|---------------------|-----------------------|
| 内存释放 | 需手动delete[] | 自动释放 |
| 异常安全 | 易泄漏 | 强保证 |
| 所有权语义 | 不明确 | 独占所有权 |
| 支持STL算法 | 需额外长度参数 | 需搭配自定义迭代器 |
典型缺陷案例：cpp
void process() {
int* arr = new int[10];
if (some_condition) throw std::runtime_error("Oops");
delete[] arr; // 异常时无法执行，内存泄漏
}
改用unique_ptr后，即使抛出异常，数组仍能安全释放。
实际应用中的限制与解决方案
1. 不支持动态扩容
unique_ptr仅管理固定大小数组，若需动态扩容，应优先选择std::vector。
2. 与C风格API交互
需通过get()获取原始指针，但需确保调用期间unique_ptr生命周期有效：
cpp
void legacy_api(int* ptr);
std::uniqueptr<int[]> arr(new int[5]);
legacyapi(arr.get()); // 不转让所有权
3. 自定义删除器
支持为数组指定自定义删除器（如内存池回收）：cpp
auto deleter = [](int* p) { custom_free(p); };
std::unique_ptr<int[], decltype(deleter)> arr(alloc_int_array(10), deleter);
结论
unique_ptr<T[]>为动态数组提供了轻量级、零开销的安全管理方案，尤其适合需要明确所有权的固定大小数组场景。但在需要动态扩容、复杂操作时，std::vector仍是更优选择。开发者应根据具体需求权衡选择，兼顾安全性与灵活性。
最佳实践建议：
- 优先用std::vector，除非确有性能敏感需求
- 若用unique_ptr<T[]>，确保数组大小在生命周期内恒定
- 避免混合使用原生数组和智能指针管理同一内存
