面试题：C++ 智能指针：自定义删除器与循环引用问题的复杂场景处理

Question

在一个复杂的图形渲染系统中，有多个对象存在相互引用关系（可能导致循环引用），并且每个对象的析构函数需要执行一些特殊的资源清理操作（如释放 GPU 内存），因此需要自定义删除器。请设计一个基于智能指针（shared_ptr 和 unique_ptr）的解决方案，既能避免循环引用导致的内存泄漏，又能正确执行每个对象的特殊资源清理操作。请给出完整的类结构设计和关键代码实现，并解释其工作原理。

Answer 1

类结构设计与关键代码实现

#include <memory>
#include <iostream>

// 前向声明
class B;

class A {
public:
    // 自定义删除器
    struct ADeletor {
        void operator()(A* a) const {
            std::cout << "释放 A 的 GPU 内存" << std::endl;
            delete a;
        }
    };
    std::weak_ptr<B> bWeakPtr;

    ~A() {
        std::cout << "A 的析构函数" << std::endl;
    }
};

class B {
public:
    // 自定义删除器
    struct BDeletor {
        void operator()(B* b) const {
            std::cout << "释放 B 的 GPU 内存" << std::endl;
            delete b;
        }
    };
    std::weak_ptr<A> aWeakPtr;

    ~B() {
        std::cout << "B 的析构函数" << std::endl;
    }
};

void test() {
    // 使用自定义删除器创建智能指针
    std::unique_ptr<A, A::ADeletor> aPtr(new A());
    std::unique_ptr<B, B::BDeletor> bPtr(new B());

    // 建立引用关系
    aPtr->bWeakPtr = bPtr;
    bPtr->aWeakPtr = aPtr;
}

工作原理解释

1. 自定义删除器：在 A 和 B 类中分别定义了自定义删除器 ADeletor 和 BDeletor。这些删除器负责在对象销毁时执行特殊的资源清理操作，如释放 GPU 内存。
2. 智能指针选择：使用 std::unique_ptr 来管理 A 和 B 对象的生命周期，通过自定义删除器来确保正确的资源释放。同时，使用 std::weak_ptr 来处理 A 和 B 之间的相互引用关系。std::weak_ptr 不会增加对象的引用计数，因此可以避免循环引用导致的内存泄漏。
3. 相互引用关系：A 类中包含一个 std::weak_ptr<B> 成员 bWeakPtr，B 类中包含一个 std::weak_ptr<A> 成员 aWeakPtr。这样当 aPtr 和 bPtr 超出作用域时，它们各自管理的对象会被正确销毁，由于 weak_ptr 不会增加引用计数，不会出现循环引用导致的内存泄漏。同时，自定义删除器会在对象销毁时执行特殊的资源清理操作。