- 正确答案：智能指针是C++中用于自动管理动态内存的类模板，它通过封装原始指针并结合RAII（Resource Acquisition Is Initialization）机制，在对象生命周期结束时自动释放所指向的内存，从而防止内存泄漏。常见的智能指针包括std::unique_ptr、std::shared_ptr和std::weak_ptr。 - 解答思路：首先明确什么是智能指针及其设计目的——解决手动管理内存带来的问题（如忘记delete、重复释放等）。然后介绍C++标准库提供的三种主要智能指针类型，分别说明它们的语义、使用场景及实现原理。最后可简要对比它们的性能与适用性，并指出常见误区。 - 深度知识讲解： 1. RAII 原理： RAII 是 C++ 中一种重要的资源管理技术，其核心思想是将资源的生命周期绑定到对象的生命周期上。当一个对象被创建时获取资源（如分配内存），在其析构函数中释放资源。由于 C++ 保证局部对象在离开作用域时会自动调用析构函数，因此可以确保资源一定被正确释放。 2. unique_ptr： std::unique_ptr 实现独占式所有权语义，即同一时间只有一个 unique_ptr 指向某个对象。不允许拷贝构造和拷贝赋值，但支持移动语义。底层实现通常包含两个成员：一个指向对象的指针和一个删除器（deleter，可自定义，默认为 delete）。析构时自动调用删除器释放资源。示例代码： ``` #include std::unique_ptr ptr = std::make_unique(42); // 离开作用域时自动 delete ``` make_unique 是 C++14 引入的安全方式，避免直接使用 new，同时防止异常安全问题。 3. shared_ptr： std::shared_ptr 实现共享所有权，多个 shared_ptr 可以指向同一个对象，内部使用引用计数来跟踪有多少个指针共享该资源。当最后一个 shared_ptr 被销毁或重置时，资源才会被释放。实现细节： - 控制块（control block）：存储引用计数、弱引用计数和删除器。 - 强引用计数（use_count）：记录当前有多少个 shared_ptr 指向该对象。 - 弱引用计数（weak_count）：由 weak_ptr 使用，不影响资源释放。 - 删除器在控制块中保存，允许自定义释放逻辑（如关闭文件句柄、释放数组等）。性能开销：每次拷贝或销毁 shared_ptr 都需要原子操作更新引用计数（线程安全），有一定性能成本。示例代码： ``` std::shared_ptr p1 = std::make_shared(100); std::shared_ptr p2 = p1; // 引用计数变为2 // 当 p1 和 p2 都离开作用域后，内存才被释放 ``` 推荐使用 make_shared，因为它能在一个内存块中同时分配控制块和对象，提高性能并减少内存碎片。 4. weak_ptr： std::weak_ptr 是对 shared_ptr 的弱引用，不增加引用计数，主要用于打破循环引用。典型问题：两个对象互相持有对方的 shared_ptr，导致引用计数永不归零，造成内存泄漏。 weak_ptr 不直接访问对象，必须通过 lock() 方法转换为 shared_ptr 才能使用。如果原对象已被释放，则 lock 返回空 shared_ptr。示例代码： ``` std::shared_ptr sp = std::make_shared(42); std::weak_ptr wp = sp; if (auto locked = wp.lock()) { std::cout << *locked << std::endl; } else { std::cout << "Object has been deleted." << std::endl; } ``` 5. 循环引用与解决方案：错误示例： ``` struct Node { std::shared_ptr parent; std::shared_ptr child; }; auto a = std::make_shared(); auto b = std::make_shared(); a->child = b; b->parent = a; // 形成循环引用，无法释放 ``` 正确做法：将 parent 改为 weak_ptr： ``` std::weak_ptr parent; ``` 6. 自定义删除器：智能指针支持传入自定义删除器，适用于非堆内存或特殊资源管理。 ``` auto deleter = [](int* p) { std::cout << "Deleting int\n"; delete p; }; std::unique_ptr ptr(new int(10), deleter); ``` shared_ptr 的删除器存储在控制块中，而 unique_ptr 的删除器作为模板参数，属于编译期绑定，无额外运行时开销。 7. 数组支持： C++17 起，unique_ptr 支持数组形式： ``` std::unique_ptr arr(new int[10]); arr[0] = 1; ``` 但 shared_ptr 需要显式指定删除器才能管理数组： ``` std::shared_ptr arr(new int[10], [](int* p){ delete[] p; }); ``` 8. 线程安全性： shared_ptr 的引用计数是线程安全的（多个线程同时拷贝或销毁不同的 shared_ptr 实例是安全的），但所指向的对象本身不是线程安全的，仍需外部同步机制保护。多个线程同时修改同一个 shared_ptr 对象（如赋值）则需要加锁。 - 扩展知识点： - enable_shared_from_this：允许一个已存在的对象安全地生成 shared_ptr。常用于回调或工厂模式中返回 this 的 shared_ptr。 - 定制分配器：shared_ptr 的 make_shared 可结合自定义分配器使用，用于高性能场景。 - intrusive_ptr：非标准但常见的智能指针，引用计数嵌入对象内部，减少内存分配次数，适合高频使用的对象池系统。 - placement new 与智能指针结合：可在特定内存位置构造对象，并用智能指针管理其生命周期。综上所述，智能指针不仅是内存管理工具，更是现代 C++ 编程范式的基石之一，合理使用可大幅提升代码安全性与可维护性。面试中应重点掌握三类智能指针的区别、底层实现机制、性能特征以及典型陷阱（如循环引用、异常安全等）。

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