C++ 智能指针与内存管理面试题

1. C++11的三种智能指针是什么？

答案：

• unique_ptr独占所有权，不能拷贝，只能移动轻量级，无额外开销适合明确单一所有者的场景
• shared_ptr共享所有权，引用计数最后一个shared_ptr销毁时释放资源有引用计数开销
• weak_ptr不控制对象生命周期配合shared_ptr使用解决循环引用问题
• 已废弃auto_ptr：C++11已废弃，被unique_ptr替代

2. shared_ptr的实现原理是什么？

答案：

• 引用计数维护一个控制块，存储引用计数每次拷贝，引用计数+1每次析构，引用计数-1计数为0时释放资源
• 控制块内容强引用计数（shared_ptr数量）弱引用计数（weak_ptr数量）删除器分配器
• 线程安全引用计数的增减是线程安全的（原子操作）但对象本身的访问不是线程安全的
• 性能开销额外的内存（控制块）原子操作的开销间接访问的开销

3. unique_ptr和shared_ptr的区别？

答案：

• 所有权unique_ptr：独占，不能拷贝shared_ptr：共享，可以拷贝
• 性能unique_ptr：无额外开销，和原始指针一样shared_ptr：有引用计数开销
• 使用场景unique_ptr：明确单一所有者，工厂函数返回值shared_ptr：多个所有者，不确定谁最后释放
• 转换unique_ptr可以转换为shared_ptrshared_ptr不能转换为unique_ptr
• 数组支持unique_ptr支持数组：unique_ptr<int[]>shared_ptr需要自定义删除器

4. weak_ptr的作用是什么？

答案：

• 主要作用打破shared_ptr的循环引用观察对象但不影响生命周期临时访问shared_ptr管理的对象
• 使用方法从shared_ptr构造使用lock()获取shared_ptr使用expired()检查对象是否存在
• 循环引用示例

struct Node {    shared_ptr<Node> next;  // 循环引用    weak_ptr<Node> prev;    // 使用weak_ptr打破};

• 注意事项weak_ptr不能直接访问对象必须先转换为shared_ptr对象可能已被销毁

5. 如何自定义智能指针的删除器？

答案：

• unique_ptr的删除器

auto deleter = [](FILE* fp) { fclose(fp); };unique_ptr<FILE, decltype(deleter)> fp(fopen("file.txt", "r"), deleter);

• shared_ptr的