面试题：C++智能指针的内存管理与循环引用问题

Question

假设有两个类A和B，A类中有一个std::shared_ptr<B>成员变量，B类中有一个std::shared_ptr<A>成员变量，这样可能会导致循环引用。请描述循环引用带来的问题，并给出至少两种解决循环引用的方法，同时用代码示例说明。

Answer 1

循环引用带来的问题

循环引用会导致内存泄漏。当两个对象通过std::shared_ptr相互引用时，它们的引用计数永远不会归零，即使程序中不再有其他地方引用这两个对象，它们占用的内存也无法被释放。

解决循环引用的方法

1. 使用std::weak_ptr：std::weak_ptr是一种不控制对象生命周期的智能指针，它指向由std::shared_ptr管理的对象，但不会增加对象的引用计数。当std::shared_ptr管理的对象被释放后，指向它的std::weak_ptr会自动失效。

#include <iostream>
#include <memory>

class B;

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

class B {
public:
    std::weak_ptr<A> a_weak_ptr;
    ~B() {
        std::cout << "B destroyed" << std::endl;
    }
};

2. 手动打破循环：在适当的时候手动将其中一个std::shared_ptr设置为nullptr，以打破循环引用。

#include <iostream>
#include <memory>

class B;

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

class B {
public:
    std::shared_ptr<A> a_ptr;
    ~B() {
        std::cout << "B destroyed" << std::endl;
    }
};

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;

    // 手动打破循环
    a->b_ptr = nullptr;
    b->a_ptr = nullptr;

    return 0;
}

当手动将a->b_ptr和b->a_ptr设置为nullptr后，a和b的引用计数会归零，它们所占用的内存会被正确释放。