[C++] 스마트 포인터 활용하기

스마트 포인터란?

C++에서 스마트 포인터 (Smart Pointer)는 동적 메모리 관리를 자동화해주는 클래스를 의미한다. 기존 new, delete를 통해 동적 메모리 할당을 하던 방식에서 발전된 형태라고 볼 수 있다. 가장 큰 장점으로는 메모리 해제 (delete)를 하지 않더라도 자동적으로 메모리를 해제한다는 점이다.

 

스마트 포인터 종류

스마트 포인터	설명
std::unique_ptr<T>	단독 소유 포인터이며, 다른 포인터로 복사가 불가능하다. 이동은 가능하다. std::make_uniqure<T> 함수를 통해 생성할  수 있다. (C++ 14이상부터 가능하며, C++ 11에서는 직접 new 함수를 써야된다.)
std::shared_ptr<T>	여러 포인터가 같은 자원을 공유한다. 마지막 포인터가 삭제될 때 자원이 해제된다. std::make_shared<T> 함수를 통해 생성할 수 있다.
std::weak_ptr<T>	std::shared_ptr과 함께 사용한다. 참조는 하지만 소유하지 않는다. 순환 참조 방지를 위해 사용된다.

 

 

std::unique_ptr 예시

#include <iostream>
#include <memory>

class Dog {
public:
    Dog() { std::cout << "Dog created\n"; }
    ~Dog() { std::cout << "Dog destroyed\n"; }
    void bark() { std::cout << "Woof!\n"; }
};

int main() {
    std::unique_ptr<Dog> dog = std::make_unique<Dog>();  // C++14 이상
    dog->bark();

    // std::unique_ptr<Dog> dog2 = dog; //복사 불가
    std::unique_ptr<Dog> dog2 = std::move(dog); //이동 가능

    if (!dog) std::cout << "dog is nullptr\n";
}

 

스마트 포인터는 변수형 뿐만 아니라, 클래스에서도 사용 가능하다. std::uniqure_ptr를 통해 Class Dog를 생성하고, 이를 다시 std::move를 써서 dog2로 이전했다. std::move를 통해 복사가 아닌 이동을 했기 때문에, dog에는 더 이상 리소스가 남지 않게 된다.

std::uniqure_ptr 예제

 

std::shared_ptr 예시

#include <iostream>
#include <memory>

class Cat {
public:
    Cat() { std::cout << "Cat created\n"; }
    ~Cat() { std::cout << "Cat destroyed\n"; }
    void meow() { std::cout << "Meow!\n"; }
};

int main() {
    std::shared_ptr<Cat> cat1 = std::make_shared<Cat>();
    std::shared_ptr<Cat> cat2 = cat1;  // 공유 소유

    std::cout << "Use count: " << cat1.use_count() << "\n";  // 2
    cat1->meow();

    cat1.reset();  // cat1이 소유권 포기, cat2만 소유
    std::cout << "Use count after reset: " << cat2.use_count() << "\n";  // 1
}

 

std::shared_ptr은 공동 소유가 가능하다.

std::shared_ptr<Cat> cat2 = cat1 : 해당 구문을 통해 cat1, cat2는 동일 리소스를 참조할 수 있게 되었다. 

use_count() : 해당 shared_ptr의 리소스가 몇 군데에서 공유중인지 확인 가능하다.  

reset() : std::shared_ptr의 소유권을 포기하게 된다. 

 

std::shared_ptr 예제 결과

std::weak_ptr 예시

#include <iostream>
#include <memory>

class B;  // 전방 선언

class A {
public:
    std::shared_ptr<B> b_ptr;
    ~A() { std::cout << "A destroyed\n"; }
};

class B {
public:
    std::weak_ptr<A> a_ptr;  // 순환 참조 방지 위해 weak_ptr 사용
    ~B() { std::cout << "B destroyed\n"; }
};

int main() {
    std::shared_ptr<A> a = std::make_shared<A>();
    std::shared_ptr<B> b = std::make_shared<B>();

    a->b_ptr = b;
    b->a_ptr = a;  // weak_ptr 사용으로 A, B 모두 정상적으로 파괴됨
}

 

std::weak_ptr은 std::shared_ptr과 달리, 소유하지 않고 참조만 한다. 만약 둘다 std::shared_ptr를 쓸 경우, a는 b를 소유하고, b는 a를 소유하게 되면서, 순환 참조 및 메모리 누수가 발생하게 된다. 이를 해결하기 위해, 둘 중에 한 개만 weak_ptr를 적용하게 된다면, 순환 참조 및 메모리 누수를 막을 수 있다.

 

weak_ptr 예시

 

 a가 소멸되면서, 자동적으로 b도 소멸된다. 따라서, 이후 b는 추가적으로 소멸되지 않는다. 만약 B에 weak_ptr 대신 shared_ptr를 쓰게된다면, a, b 모두 소멸되지 않는 현상이 발생한다.

 

개념	참조	소유
의미	객체를 가리키기만 함	객체의 생명주기를 책임짐
책임	객체가 죽으면 따라감	객체가 살아있게 만드는 역할
생명 주기	다른 소유자에게 의존	내가 삭제되면, 같이 삭제됨
스마트 포인터	weak_ptr	shared_ptr, unique_ptr