C++スマートポインタ完全攻略！unique_ptr / shared_ptr / weak_ptrの違いと使い方
生徒
「先生、C++の『ポインタ』ってメモリの管理が難しくて、すぐにプログラムが壊れそうで怖いです……。」
先生
「その気持ち、よく分かります。昔のC++では自分で『確保』と『解放』を完璧に管理しなければなりませんでしたが、今は『スマートポインタ』という賢い仕組みがあるんですよ。」
生徒
「スマートポインタを使うと、自動でお片付けしてくれるんですか？」
先生
「その通り！メモリ漏れを防いでくれる頼もしい味方です。今日はその種類と使い方をマスターしましょう！」
1. スマートポインタとは？
C++のプログラミングにおいて、最も注意しなければならないのがメモリ管理です。 パソコンのメモリは無限ではありません。プログラムで「データを入れるための場所を貸して！」とお願い（確保）したら、使い終わった後に「もう使い終わったから返します！」と宣言（解放）する必要があります。
しかし、人間はうっかり忘れてしまう生き物です。返し忘れると、パソコンのメモリがどんどん使われっぱなしになり、最終的にはパソコンが重くなったり動かなくなったりします。これをメモリリークと呼びます。
そこで登場するのがスマートポインタです。これは、普通のポインタを「賢い箱」で包んだものです。 この箱は、自分自身が不要になった瞬間に、中に入っているメモリを自動的に返却してくれます。まるで、ゴミを自動で捨ててくれるスマートゴミ箱のような存在なのです。
2. unique_ptr（ユニークポインタ）の使い方
まず最初に覚えるべきなのが std::unique_ptr です。「unique（ユニーク）」とは「唯一の」という意味があります。
その名前の通り、「あるデータを指し示すことができるのは、世界で自分一人だけ」という強いルールを持っています。
コピー（二人で共有すること）は禁止されていますが、その分仕組みがシンプルで動作も高速です。
基本的には、この unique_ptr を使うのがC++の王道とされています。
#include <iostream>
#include <memory> // スマートポインタを使うために必要
int main() {
// 整数を入れるメモリを確保し、unique_ptrで管理する
// std::make_uniqueを使うのが一番安全で推奨される作り方です
std::unique_ptr<int> myData = std::make_unique<int>(100);
// 普通のポインタと同じように * を使って中身を見れる
std::cout << "中身の値: " << *myData << std::endl;
// myDataがこの { }（スコープ）を抜けるとき、
// 自動的にメモリが解放されます。deleteを書く必要はありません！
return 0;
}
中身の値: 100
3. shared_ptr（シェアードポインタ）で共有する
次に紹介するのは std::shared_ptr です。「shared（シェアード）」は「共有された」という意味ですね。
unique_ptr とは違い、一つのデータを複数のポインタで共有して持つことができます。
「今、何人がこのデータを使っているか？」というカウンターを持っていて、そのカウンターがゼロになった時（誰も使わなくなった時）に初めてメモリを解放します。 家族全員で一台のテレビを共有し、最後の人が部屋を出て電気を消すようなイメージです。
#include <iostream>
#include <memory>
int main() {
// shared_ptrを作成
std::shared_ptr<int> p1 = std::make_shared<int>(500);
{
// p2にコピーする。これで二人で同じデータを指している状態
std::shared_ptr<int> p2 = p1;
std::cout << "p2の中身: " << *p2 << std::endl;
std::cout << "使っている人数: " << p1.use_count() << std::endl;
} // ここでp2が消える
std::cout << "p2が消えた後の人数: " << p1.use_count() << std::endl;
return 0;
}
p2の中身: 500
使っている人数: 2
p2が消えた後の人数: 1
4. weak_ptr（ウィークポインタ）の役割
最後に std::weak_ptr です。「weak（ウィーク）」は「弱い」という意味です。
これは shared_ptr をサポートするための特殊なポインタです。
shared_ptr 同士がお互いにお互いを指し合ってしまうと、いつまで経ってもカウンターがゼロにならず、メモリが解放されないという問題（循環参照）が発生します。
weak_ptr は「データを見守ることはできるけれど、所有権（消さないで！と言う権利）は持たない」という控えめなポインタです。
これにより、お互いを見合って動けなくなる状況を防ぐことができます。
5. なぜスマートポインタを使うべきなのか？
未経験の方からすると、「なんだか難しそう」と感じるかもしれません。しかし、スマートポインタを使わない昔ながらのプログラミング（生ポインタと delete）は、まるで綱渡りのような危険が伴います。
もし、プログラムの途中でエラーが発生して止まってしまったら？ delete を書いた行までたどり着けなかったら？
スマートポインタなら、どんな終わり方をしても、その変数が消える瞬間に必ず後片付けを保証してくれます。
「安全第一」なソフトウェアを作るためには、現代のC++においてスマートポインタを避けて通ることはできません。
6. スマートポインタを使いこなすコツ
最後に、どのポインタをいつ使うべきかの判断基準をお伝えします。 パソコンの操作すら慣れていない方でも、この優先順位だけ覚えておけば大丈夫です。
- まずは unique_ptr を検討する： ほとんどの場合はこれで十分です。持ち主を一人に決めることで、プログラムがシンプルになります。
- どうしても共有が必要なら shared_ptr： 複数の場所から一つのデータにアクセスしたい場合のみ使います。
- 補助として weak_ptr： 複雑な構造を作るとき、補助的に使います。
このように、それぞれの役割を分担させることで、バグが少なく、読みやすい綺麗なプログラムを書くことができるようになります。
7. スマートポインタを使った実例プログラム
最後に、少し実践的なコードを見てみましょう。 例えば、ゲームのキャラクターの情報をスマートポインタで管理する場合です。
#include <iostream>
#include <string>
#include <memory>
// キャラクターを表す小さな設計図
struct Character {
std::string name;
Character(std::string n) : name(n) {
std::cout << name << " が誕生しました！" << std::endl;
}
~Character() {
std::cout << name << " がメモリから消去されました。" << std::endl;
}
};
int main() {
// 勇者をunique_ptrで作る
std::unique_ptr<Character> hero = std::make_unique<Character>("勇者");
std::cout << "冒険の途中..." << std::endl;
// ここでmain関数が終わると、heroが消えるので、
// 自動的に「消去されました」と表示されます。
return 0;
}
勇者 が誕生しました！
冒険の途中...
勇者 がメモリから消去されました。
このように、プログラムの終了と共に自動で後片付けが実行されるのがスマートポインタの最大の魅力です。
手動で delete を呼ばなくてもいいので、安心してコードを書くことができますね。
