- **正确答案**：智能指针是一种C++语言中用于自动管理内存的类模板，能够帮助开发者避免内存泄漏和悬空指针等问题。常见的智能指针包括`std::unique_ptr`、`std::shared_ptr`和`std::weak_ptr`。 - **解答思路**： 1. 首先理解传统裸指针（raw pointer）在使用过程中的问题，例如忘记释放内存导致内存泄漏，或者多个指针指向同一块内存造成重复释放或悬空指针。 2. 然后引入智能指针的概念，它通过封装原始指针，并在其生命周期结束时自动调用析构函数来释放资源。 3. 分别介绍三种主要智能指针的用途和实现机制： - `std::unique_ptr`：独占所有权，不能复制，只能移动。 - `std::shared_ptr`：共享所有权，引用计数管理生命周期。 - `std::weak_ptr`：辅助`shared_ptr`，不增加引用计数，防止循环引用。 - **深度知识讲解**： ### 1. std::unique_ptr 特点： - 独占式语义：一个对象只能由一个`unique_ptr`拥有。 - 不允许拷贝构造和赋值操作符，但支持移动语义。 - 适用于单一所有权模型，如工厂模式返回的对象。底层原理： - 使用RAII（Resource Acquisition Is Initialization）技术，在构造时获取资源，在析构时释放资源。 - 通常内部封装了一个原生指针和一个删除器（deleter），默认是`delete`。代码示例： ``` #include #include int main() { std::unique_ptr ptr(new int(42)); std::cout << *ptr << std::endl; // 自动释放内存 } ``` ### 2. std::shared_ptr 特点： - 共享式语义：多个`shared_ptr`可以共享同一个对象。 - 内部维护一个引用计数（reference count），当最后一个`shared_ptr`销毁时才释放资源。 - 支持线程安全的引用计数操作。底层原理： - 引用计数分为两部分： - 强引用计数（use_count）：记录当前有多少个`shared_ptr`在使用该资源。 - 弱引用计数（weak_count）：记录有多少个`weak_ptr`存在。 - 资源真正释放是在强引用计数变为0时。代码示例： ``` #include #include int main() { std::shared_ptr ptr1 = std::make_shared(100); std::shared_ptr ptr2 = ptr1; // 增加引用计数 std::cout << "Use count: " << ptr1.use_count() << std::endl; // 输出2 } ``` ### 3. std::weak_ptr 特点： - 观察者角色，不控制资源的生命周期。 - 必须从`shared_ptr`创建，不能直接操作资源。 - 用于解决`shared_ptr`之间的循环引用问题。底层原理： - 指向的是`shared_ptr`所管理的资源的“弱引用”。 - 只有当资源还存在时，才能通过`lock()`方法获取一个临时的`shared_ptr`。代码示例： ``` #include #include struct Node { std::shared_ptr next; ~Node() { std::cout << "Node destroyed\n"; } }; int main() { std::shared_ptr a = std::make_shared(); std::shared_ptr b = std::make_shared(); a->next = b; // OK b->next = a; // 循环引用会导致无法释放 -> 应改为 weak_ptr // 正确做法 struct SafeNode { std::shared_ptr next; std::weak_ptr prev; }; } ``` ### 4. 删除器（Deleter）所有智能指针都支持自定义删除器，用于处理特殊资源释放逻辑，例如关闭文件句柄、释放非new分配的内存等。示例： ``` void my_deleter(int* p) { std::cout << "Custom deleter called\n"; delete p; } int main() { std::unique_ptr ptr(new int(5), my_deleter); } ``` ### 5. 内存优化与性能考量 - `shared_ptr`比`unique_ptr`更重，因为它需要维护引用计数。 - 在多线程环境下，频繁的`shared_ptr`拷贝会影响性能。 - 使用`make_shared`比分开构造更高效，因为只分配一次内存（对象和控制块一起分配）。 ### 6. 常见陷阱与规避方法 - **不要混用智能指针与裸指针**：容易造成多次释放或未释放。 - **不要将同一个裸指针对应的指针交给多个智能指针管理**：会引发未定义行为。 - **避免循环引用**：使用`weak_ptr`打破循环。 - **避免`shared_from_this`滥用**：用于在成员函数中返回`shared_ptr`，必须继承`enable_shared_from_this`。示例错误： ``` class MyClass { public: std::shared_ptr getMe() { return std::shared_ptr(this); // 错误！this被多个shared_ptr管理 } }; ``` 正确写法： ``` class MyClass : public std::enable_shared_from_this { public: std::shared_ptr getMe() { return shared_from_this(); // 安全地获取shared_ptr } }; ``` ### 总结智能指针是现代C++内存管理的核心工具，掌握其使用和底层机制对于写出健壮、高效的代码至关重要。在面试中，不仅要求能写出基本用法，还要理解其实现原理、设计意图及常见陷阱。

腾讯微企客户端一面

全站热榜

创作者周榜