面试题：C++ 智能指针在复杂数据结构中的内存管理

设计方案
- 节点类定义：

#include <memory>

class Node;
using NodePtr = std::shared_ptr<Node>;
using WeakNodePtr = std::weak_ptr<Node>;

class Node {
public:
    int data;
    NodePtr next;
    WeakNodePtr prev;

    Node(int value) : data(value) {}
};

添加节点操作：

void addNode(NodePtr& head, int value) {
    NodePtr newNode = std::make_shared<Node>(value);
    if (!head) {
        head = newNode;
    } else {
        NodePtr current = head;
        while (current->next) {
            current = current->next;
        }
        current->next = newNode;
        newNode->prev = current;
    }
}

删除节点操作：

void deleteNode(NodePtr& head, int value) {
    NodePtr current = head;
    NodePtr prevNode;
    while (current && current->data != value) {
        prevNode = current;
        current = current->next;
    }
    if (current) {
        if (prevNode) {
            prevNode->next = current->next;
            if (current->next) {
                current->next->prev = prevNode;
            }
        } else {
            head = current->next;
            if (head) {
                head->prev.reset();
            }
        }
        // 由于没有其他强引用，current会自动释放其内存
    }
}

遍历操作：

void traverse(NodePtr head) {
    NodePtr current = head;
    while (current) {
        std::cout << current->data << " ";
        current = current->next;
    }
    std::cout << std::endl;
}

智能指针类型选择原因
- std::shared_ptr：
  - 用于表示对节点的“拥有权”。在添加节点时，使用std::make_shared创建新节点，这样能更高效地管理内存。在双向链表中，next指针使用std::shared_ptr，因为它需要保持对下一个节点的强引用，以确保下一个节点在使用过程中不会被意外释放。例如在遍历链表时，current = current->next，如果next不是强引用，下一个节点可能在遍历到之前就被释放了。
- std::weak_ptr：
  - prev指针使用std::weak_ptr，这是为了避免循环引用。在双向链表中，如果prev也使用std::shared_ptr，当两个节点互相指向对方时（例如节点A的next指向节点B，节点B的prev指向节点A），会形成循环引用，导致内存泄漏。std::weak_ptr不增加引用计数，它允许观察std::shared_ptr所管理的对象，但不会阻止该对象被释放。例如在删除节点操作中，当删除一个节点时，其前驱节点的next指针和后继节点的prev指针的调整，prev指针作为std::weak_ptr不会干扰节点内存的释放。

面试题：C++ 智能指针在复杂数据结构中的内存管理

知识考点

面试题答案