面试题：C++ 智能指针在对象间数据共享场景下的应用与内存管理

1. std::unique_ptr

特性：独占式拥有资源，同一时间只能有一个std::unique_ptr指向给定对象。当std::unique_ptr被销毁时，它所指向的对象也会被自动销毁。不能进行拷贝构造和拷贝赋值，但可以进行移动构造和移动赋值。
适用场景：适用于对象所有权明确，不需要共享，一个对象在其生命周期内只有一个所有者的场景。例如，函数内部创建的临时对象，该对象只在函数内部使用，函数结束时对象应该被销毁。
避免内存泄漏：由于std::unique_ptr在析构时自动释放资源，只要std::unique_ptr对象能正常析构（例如，不发生异常提前退出函数），就不会发生内存泄漏。

2. std::shared_ptr

特性：允许多个std::shared_ptr指向同一个对象，通过引用计数来管理对象的生命周期。当引用计数为0时，对象被自动销毁。支持拷贝构造和拷贝赋值，每次拷贝或赋值，引用计数会增加；当std::shared_ptr被销毁时，引用计数会减少。
适用场景：适用于需要共享对象所有权的场景，比如多个对象需要访问同一个数据结构，这些对象都对该数据结构有“拥有权”，且希望该数据结构在最后一个使用者结束使用时才被销毁。
避免内存泄漏和循环引用：
- 避免内存泄漏：只要所有指向对象的std::shared_ptr都能正常析构，引用计数最终会变为0，对象会被正确释放。
- 避免循环引用：循环引用是指两个或多个std::shared_ptr相互指向，导致引用计数永远不会为0，从而造成内存泄漏。可以使用std::weak_ptr来解决循环引用问题。

3. std::weak_ptr

特性：是一种弱引用，指向由std::shared_ptr管理的对象，但不增加对象的引用计数。它可以用来观察对象是否存在，但不会阻止对象被销毁。通过lock()成员函数可以尝试获取一个std::shared_ptr，如果对象已被销毁，lock()会返回一个空的std::shared_ptr。
适用场景：用于解决std::shared_ptr的循环引用问题，以及在需要观察对象是否存在但又不想影响其生命周期的场景。例如，实现一个缓存系统，缓存中的对象由std::shared_ptr管理，外部有一些弱引用指向这些对象，用于检查对象是否还在缓存中。
避免循环引用：在可能出现循环引用的场景中，将其中一个方向的引用改为std::weak_ptr。例如，A类和B类相互引用，将其中一个类（如B类）中指向另一个类（A类）的指针改为std::weak_ptr，这样就打破了循环引用。

4. 复杂数据共享结构中智能指针的使用示例

#include <memory>
#include <iostream>

class B;

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

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

void test() {
    std::shared_ptr<A> ptrA = std::make_shared<A>();
    std::shared_ptr<B> ptrB = std::make_shared<B>();

    ptrA->b = ptrB;
    ptrB->a = ptrA;
}

int main() {
    test();
    // 程序执行到这里，ptrA和ptrB离开作用域，引用计数变为0，A和B对象会被正确销毁
    // 不会发生内存泄漏，因为使用std::weak_ptr打破了循环引用
    return 0;
}

在上述代码中，A类和B类形成了数据共享结构。通过将B类中对A类的引用改为std::weak_ptr，避免了循环引用，保证了程序的正确性和高效性。在test函数结束时，ptrA和ptrB的引用计数降为0，A和B对象被正确销毁，不会发生内存泄漏。

面试题：C++ 智能指针在对象间数据共享场景下的应用与内存管理

知识考点

面试题答案

1. std::unique_ptr

2. std::shared_ptr

3. std::weak_ptr

4. 复杂数据共享结构中智能指针的使用示例