面试题：C++智能指针与多态指针的深度应用

类继承体系设计

假设我们有一个简单的图形类继承体系，包含基类 Shape 和派生类 Circle 与 Rectangle。

#include <iostream>
#include <memory>

class Shape {
public:
    virtual void draw() const = 0;
    virtual ~Shape() = default;
};

class Circle : public Shape {
    double radius;
public:
    Circle(double r) : radius(r) {}
    void draw() const override {
        std::cout << "Drawing a Circle with radius " << radius << std::endl;
    }
};

class Rectangle : public Shape {
    double width, height;
public:
    Rectangle(double w, double h) : width(w), height(h) {}
    void draw() const override {
        std::cout << "Drawing a Rectangle with width " << width << " and height " << height << std::endl;
    }
};

对象创建

std::unique_ptr：
- 适用于对象唯一拥有所有权的场景。
- 创建 Circle 对象示例：

std::unique_ptr<Shape> createCircle() {
    return std::make_unique<Circle>(5.0);
}

std::shared_ptr：
- 适用于多个对象可能共享所有权的场景。
- 创建 Rectangle 对象示例：

std::shared_ptr<Shape> createRectangle() {
    return std::make_shared<Rectangle>(3.0, 4.0);
}

对象销毁

std::unique_ptr：
- 当 std::unique_ptr 离开作用域时，它所管理的对象会自动销毁。
- 例如：

{
    std::unique_ptr<Shape> shape = createCircle();
    // 在这里使用 shape
} // shape 离开作用域，Circle 对象被销毁

std::shared_ptr：
- 当最后一个指向对象的 std::shared_ptr 被销毁时，对象才会被销毁。
- 例如：

{
    std::shared_ptr<Shape> shape1 = createRectangle();
    std::shared_ptr<Shape> shape2 = shape1; // 共享所有权
} // shape1 和 shape2 离开作用域，引用计数降为 0，Rectangle 对象被销毁

对象转换

使用 dynamic_cast 与智能指针：
- 对于 std::unique_ptr：

std::unique_ptr<Shape> shape = createCircle();
std::unique_ptr<Circle> circlePtr = std::unique_ptr<Circle>(dynamic_cast<Circle*>(shape.release()));
if (circlePtr) {
    circlePtr->draw();
}

对于 std::shared_ptr：

std::shared_ptr<Shape> shape = createRectangle();
std::shared_ptr<Rectangle> rectanglePtr = std::dynamic_pointer_cast<Rectangle>(shape);
if (rectanglePtr) {
    rectanglePtr->draw();
}

注意事项

虚析构函数：
- 基类（如 Shape）必须有虚析构函数，这样在通过基类指针（智能指针也一样）销毁派生类对象时，才能正确调用派生类的析构函数。
std::weak_ptr 的使用：
- 当存在循环引用可能导致内存泄漏时，可使用 std::weak_ptr。例如，假设 Shape 类有一个指向另一个 Shape 的成员指针，为避免循环引用：

class Shape {
public:
    virtual void draw() const = 0;
    virtual ~Shape() = default;
    std::weak_ptr<Shape> relatedShape;
};

可通过 std::weak_ptr 获取 std::shared_ptr 来访问对象，但需先检查 std::weak_ptr 是否有效：

std::shared_ptr<Shape> otherShape = relatedShape.lock();
if (otherShape) {
    otherShape->draw();
}

dynamic_cast 失败处理：
- dynamic_cast 对于无效转换会返回空指针（对于指针类型）或抛出异常（对于引用类型）。在使用 dynamic_cast 与智能指针时，要检查转换结果，避免空指针解引用。

面试题：C++智能指针与多态指针的深度应用

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类继承体系设计

对象创建

对象销毁

对象转换

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