面试题：C++智能指针内存管理优势之中等题

Question

简述C++中`std::unique_ptr`、`std::shared_ptr`和`std::weak_ptr`在内存管理方面的主要区别，以及各自适用于哪些场景？

Answer 1

std::unique_ptr

• 内存管理区别：
  • 拥有对对象的唯一所有权，同一时刻只有一个std::unique_ptr能指向给定对象。
  • 当std::unique_ptr被销毁（例如离开作用域），它所指向的对象会被自动释放。
  • 不能进行拷贝构造或拷贝赋值，但可以进行移动构造和移动赋值。
• 适用场景：
  • 当你希望明确某个对象只有一个所有者，并且在所有者生命周期结束时对象应该被销毁，比如管理动态分配的资源（如文件句柄、网络连接等）。
  • 作为函数返回值，高效地将对象所有权转移给调用者。

std::shared_ptr

• 内存管理区别：
  • 允许多个std::shared_ptr指向同一个对象，通过引用计数机制来管理对象的生命周期。
  • 当最后一个指向对象的std::shared_ptr被销毁时，对象才会被释放。
  • 支持拷贝构造和拷贝赋值，每次拷贝会增加引用计数，析构时减少引用计数。
• 适用场景：
  • 当多个部分的代码需要共享对同一个对象的所有权，例如在多线程环境下多个线程可能访问同一个对象。
  • 实现对象的共享，并且希望对象在所有使用者结束使用后自动销毁。

std::weak_ptr

• 内存管理区别：
  • 不拥有对象的所有权，它是对std::shared_ptr所管理对象的一种弱引用。
  • 不会影响对象的引用计数，当std::shared_ptr管理的对象被销毁，指向该对象的所有std::weak_ptr会自动变为空指针。
  • 可以通过lock()方法尝试获取一个有效的std::shared_ptr，如果对象还存在，lock()返回一个指向该对象的std::shared_ptr，否则返回空指针。
• 适用场景：
  • 用于解决std::shared_ptr循环引用问题，避免内存泄漏。例如在双向链表中，节点间使用std::weak_ptr来打破循环引用。
  • 当你需要在某些情况下访问对象，但又不想延长对象的生命周期时，比如缓存机制中，缓存项使用std::weak_ptr，当对象在其他地方被释放，缓存项能自动失效。