面试题答案
一键面试std::unique_ptr
std::unique_ptr 是一种独占式智能指针，它拥有对所指向对象的唯一所有权。当 std::unique_ptr 被销毁时，它所指向的对象也会被自动销毁，从而防止内存泄漏。
场景及示例
适合于一个对象只应由一个所有者管理的场景，比如管理一个文件句柄。
#include <iostream>
#include <memory>
class File {
public:
File(const char* filename) {
std::cout << "Opening file: " << filename << std::endl;
}
~File() {
std::cout << "Closing file" << std::endl;
}
};
int main() {
std::unique_ptr<File> filePtr(new File("example.txt"));
// 这里filePtr拥有File对象的唯一所有权
// 当filePtr离开作用域时，File对象会被自动销毁
return 0;
}
防止内存泄漏机制
std::unique_ptr 利用RAII（Resource Acquisition Is Initialization）原则，在构造时获取资源（分配内存），在析构时释放资源（释放内存）。由于它是独占式的，不存在多个指针指向同一对象导致重复释放或内存泄漏的问题。
std::shared_ptr
std::shared_ptr 允许多个指针共享对同一对象的所有权。它使用引用计数来跟踪有多少个 std::shared_ptr 指向同一个对象。当引用计数降为0时，对象会被自动销毁。
场景及示例
适用于多个对象需要共享同一块资源的场景，例如在实现共享数据结构时。
#include <iostream>
#include <memory>
class SharedData {
public:
SharedData() {
std::cout << "SharedData created" << std::endl;
}
~SharedData() {
std::cout << "SharedData destroyed" << std::endl;
}
};
int main() {
std::shared_ptr<SharedData> ptr1 = std::make_shared<SharedData>();
std::shared_ptr<SharedData> ptr2 = ptr1; // ptr2和ptr1共享同一个SharedData对象
std::cout << "Use count of ptr1: " << ptr1.use_count() << std::endl;
std::cout << "Use count of ptr2: " << ptr2.use_count() << std::endl;
// 当ptr1和ptr2离开作用域时，引用计数降为0，SharedData对象被销毁
return 0;
}
防止内存泄漏机制
通过引用计数机制，每次复制 std::shared_ptr 时，引用计数增加；每次 std::shared_ptr 被销毁时，引用计数减少。当引用计数为0时，对象的内存被自动释放，避免了内存泄漏。
std::weak_ptr
std::weak_ptr 是一种弱引用，它指向由 std::shared_ptr 管理的对象，但不增加引用计数。它主要用于解决 std::shared_ptr 之间的循环引用问题，防止内存泄漏。
场景及示例
假设有两个类 A 和 B，它们相互引用，可能会导致循环引用。
#include <iostream>
#include <memory>
class B;
class A {
public:
std::weak_ptr<B> bPtr;
~A() {
std::cout << "A destroyed" << std::endl;
}
};
class B {
public:
std::shared_ptr<A> aPtr;
~B() {
std::cout << "B destroyed" << std::endl;
}
};
int main() {
std::shared_ptr<A> a = std::make_shared<A>();
std::shared_ptr<B> b = std::make_shared<B>();
a->bPtr = b;
b->aPtr = a;
// 如果不使用weak_ptr，a和b之间会形成循环引用，导致内存泄漏
// 这里a和b离开作用域时，它们指向的对象能正确销毁
return 0;
}
防止内存泄漏机制
std::weak_ptr 不增加引用计数，因此不会干扰 std::shared_ptr 的引用计数机制。当 std::shared_ptr 的引用计数降为0时，对象会被销毁，即使有 std::weak_ptr 指向它。std::weak_ptr 可以通过 lock() 方法尝试获取一个 std::shared_ptr，如果对象还存在，lock() 会返回一个有效的 std::shared_ptr，否则返回一个空指针。这有助于在需要时安全地访问由 std::shared_ptr 管理的对象，同时避免循环引用导致的内存泄漏。