面试题：C++ 智能指针异常安全与多线程场景

std::shared_ptr 在异常处理下的线程安全

引用计数的原子操作：std::shared_ptr 通过原子引用计数机制来管理资源。在多线程环境下，引用计数的增减操作都是原子的。这意味着，无论有多少线程同时对 std::shared_ptr 进行赋值、拷贝或析构操作，引用计数的修改都不会出现数据竞争。例如，当一个线程创建 std::shared_ptr 指向某个资源时，引用计数原子地增加；当 std::shared_ptr 离开作用域或被重新赋值时，引用计数原子地减少。这种原子性确保了在多线程环境下引用计数的一致性。
资源释放的线程安全：由于引用计数的原子操作，当引用计数降为 0 时，资源的释放操作也是线程安全的。多个线程同时观察到引用计数为 0 时，只有一个线程会执行资源释放的操作（例如调用 delete），其他线程会因为原子操作的特性而不会重复释放资源。

资源释放过程中的竞争条件及解决方案

竞争条件：虽然引用计数本身是线程安全的，但在资源释放的具体操作（如调用自定义的删除器）中仍可能存在竞争条件。例如，如果自定义删除器需要访问共享资源（除了要释放的目标资源外），而这个共享资源没有适当的同步机制，就可能出现竞争。
解决方案：
- 使用互斥锁：在自定义删除器中，如果涉及到访问共享资源，可以使用互斥锁来保护共享资源的访问。例如：

std::mutex resourceMutex;
void customDeleter(MyResource* res) {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(resourceMutex);
    // 进行资源释放操作
    delete res;
}
std::shared_ptr<MyResource> ptr(new MyResource(), customDeleter);

- **无状态删除器**：尽量使用无状态的删除器，避免删除器内部出现共享资源的访问。例如，使用默认的 `delete` 操作作为删除器，这样就不存在因删除器内部共享资源访问导致的竞争条件。

多线程操作并可能抛出异常时的代码设计

异常安全性：为了确保异常安全性，在对 std::shared_ptr 进行操作时，应尽量使用异常安全的函数。例如，使用 std::make_shared 来创建 std::shared_ptr，因为它是异常安全的。std::make_shared 一次性分配内存用于控制块（包含引用计数等信息）和对象本身，减少了内存分配失败导致资源泄漏的风险。
资源正确管理：
- RAII 原则：始终遵循 RAII（Resource Acquisition Is Initialization）原则，将资源的管理封装在 std::shared_ptr 中。例如，在函数内部创建 std::shared_ptr 来管理局部资源，这样当函数因为异常退出时，std::shared_ptr 的析构函数会自动释放资源。
- 异常安全的函数设计：如果函数内部涉及多个对 std::shared_ptr 的操作，且这些操作可能抛出异常，应确保函数整体是异常安全的。一种方法是使用 try - catch 块捕获可能抛出的异常，并在捕获异常后进行适当的清理操作。例如：

void threadSafeFunction() {
    std::shared_ptr<MyResource> ptr;
    try {
        ptr = std::make_shared<MyResource>();
        // 对 ptr 进行其他操作，这些操作可能抛出异常
        ptr->doSomething();
    } catch(...) {
        // 处理异常，此时 ptr 会自动释放资源
        std::cerr << "Exception caught" << std::endl;
    }
}

通过以上方式，可以在多线程环境下确保 std::shared_ptr 的异常安全性和资源的正确管理。

星途面试题库

面试题：C++ 智能指针异常安全与多线程场景

知识考点

面试题答案

std::shared_ptr 在异常处理下的线程安全

资源释放过程中的竞争条件及解决方案

多线程操作并可能抛出异常时的代码设计