C++面試八股文之智能指針詳解

更新時(shí)間：2023年06月20日 08:20:20 作者：二進(jìn)制架構(gòu)

智能指針是C++11引入的類模板，用于管理資源，行為類似于指針，但不需要手動(dòng)申請(qǐng)、釋放資源，本文主要為大家介紹了它的相關(guān)知識(shí)，需要的可以參考一下

某日二師兄參加X(jué)XX科技公司的C++工程師開(kāi)發(fā)崗位第19面：

面試官：什么是智能指針？

二師兄：智能指針是C++11引入的類模板，用于管理資源，行為類似于指針，但不需要手動(dòng)申請(qǐng)、釋放資源，所以稱為智能指針。

面試官：C++11引入了哪些智能指針？

二師兄：三種，分別是shared_ptr、unique_ptr、和weak_ptr。

面試官：說(shuō)一說(shuō)三種指針的特征及用途。

二師兄：好的。shared_ptr使用了引用計(jì)數(shù)（use count）技術(shù)，當(dāng)復(fù)制個(gè)shared_ptr對(duì)象時(shí)，被管理的資源并沒(méi)有被復(fù)制，而是增加了引用計(jì)數(shù)。當(dāng)析構(gòu)一個(gè)shared_ptr對(duì)象時(shí)，也不會(huì)直接釋放被管理的的資源，而是將引用計(jì)數(shù)減一。當(dāng)引用計(jì)數(shù)為0時(shí)，才會(huì)真正的釋放資源。shared_ptr可以方便的共享資源而不必創(chuàng)建多個(gè)資源。

二師兄：unique_ptr則不同。unique_ptr獨(dú)占資源，不能拷貝，只能移動(dòng)。移動(dòng)過(guò)后的unique_ptr實(shí)例不再占有資源。當(dāng)unique_ptr被析構(gòu)時(shí)，會(huì)釋放所持有的資源。

二師兄：weak_ptr可以解決shared_ptr所持有的資源循環(huán)引用問(wèn)題。weak_ptr在指向shared_ptr時(shí)，并不會(huì)增加shared_ptr的引用計(jì)數(shù)。所以weak_ptr并不知道shared_ptr所持有的資源是否已經(jīng)被釋放。這就要求在使用weak_ptr獲取shared_ptr時(shí)需要判斷shared_ptr是否有效。

struct Boo;
struct Foo{
    std::shared_ptr<Boo> boo;
};
struct Boo{
    std::shared_ptr<Foo> foo;
};

二師兄：Foo中有一個(gè)智能指針指向Goo，而Goo中也有一根智能指針指向Foo，這就是循環(huán)引用，我們可以使用weak_ptr來(lái)解決這個(gè)文通。

Boo boo;
auto foo = boo.foo.lock();
if(foo)
{
    //這里通過(guò)獲取到了foo，可以使用
}else
{
    //這里沒(méi)有獲取到，不能使用
}

面試官：好的。智能指針是線程安全的嗎？

二師兄：是的。拋開(kāi)類型T，智能指針是類型安全的。

面試官：為什么？

二師兄：因?yàn)橹悄苤羔樀讓邮褂玫囊糜?jì)數(shù)是atomic的原子變量，原子變量在自增自減時(shí)是線程安全的，這保證了多線程讀寫智能指針時(shí)是安全的。

面試官：好的。為什么盡量不要使用裸指針初始化智能指針？

二師兄：因?yàn)榭赡艽嬖谕粋€(gè)裸指針初始了多個(gè)智能指針，在智能指針析構(gòu)時(shí)會(huì)造成資源的多次釋放。

面試官：為什么不要從智能指針中返回裸指針呢？

二師兄：是因?yàn)槿绻祷氐穆阒羔槺会尫帕?，智能指針持有的資源也失效了，對(duì)智能指針的操作是未定義的行為。

面試官：智能指針能夠持有數(shù)組嗎？

二師兄：shread_ptr和unique_ptr都可以持有數(shù)組。

面試官：那你知道在釋放資源的時(shí)候兩者有什么不同嗎？

二師兄：這個(gè)暫時(shí)還不清楚。。

面試官：可以使用靜態(tài)對(duì)象初始化智能指針嗎？

二師兄：讓我想想。。不可以，因?yàn)殪o態(tài)對(duì)象的生命周期和進(jìn)程一樣長(zhǎng)，而智能指針的析構(gòu)的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致靜態(tài)資源被釋放。這會(huì)導(dǎo)致未定義的行為。

面試官：如果需要在一個(gè)類中實(shí)現(xiàn)一個(gè)方法，這個(gè)方法返回這個(gè)類的shread_ptr實(shí)例，需要注意哪些東西？

二師兄：需要繼承std::enable_shared_from_this類，方法返回shared_from_this()。

struct Foo : public std::enable_shared_from_this<Foo>
{
    std::shared_ptr<Foo> get_foo()
    {
        return shared_from_this();
    }
};

面試官：為什么不直接返回this指針？

二師兄：額。。。不太清楚，但是這應(yīng)該是個(gè)范式。

面試官：好的，今天的面試結(jié)束了，請(qǐng)回去等通知吧。

今天二師兄的表現(xiàn)不錯(cuò)，讓我們看看一些回答的不太理想的地方吧。

智能指針是線程安全的嗎？

很遺憾，使用不當(dāng)?shù)臅r(shí)候并不是。

#include <iostream>
#include <memory>
#include <thread>
#include <chrono>

struct Foo
{
    Foo(int i):i_(i){}
    void print() {std::cout << i_ << std::endl;}
    int i_;
};

int main(int argc, char const *argv[])
{
    {
        auto shptr = std::make_shared<Foo>(42);
        std::thread([&shptr](){
            std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
            shptr->print();
        }).detach();
    }
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
    return 0;
}
// g++ test.cpp -o test -lpthread
// ./test 
// Segmentation fault

當(dāng)我們向另一個(gè)線程傳遞智能指針的引用時(shí)，由于use count并沒(méi)有加1，在shptr析構(gòu)時(shí)直接銷毀了管理的Foo實(shí)例，所以在線程中執(zhí)行shptr->print()會(huì)引發(fā)coredump。

修改起來(lái)也很簡(jiǎn)單，把std::thread([&shptr]()改成std::thread([shptr]()即可。記住，智能指針盡量不要傳引用。

知道在釋放資源的時(shí)候shread_ptr和unique_ptr有什么不同嗎？

這里需要在shared_ptr構(gòu)造時(shí)傳入deleter，用來(lái)銷毀持有的數(shù)組，而unique_ptr無(wú)需此操作，因?yàn)?code>unique_ptr重載了unique_ptr(T[])。

get_foo()方法為什么不直接返回this指針？

參考 ”為什么盡量不要使用裸指針初始化智能指針“。聰明的小伙伴，想想如果多次調(diào)用get_foo()會(huì)發(fā)生什么？

到此這篇關(guān)于C++面試八股文之智能指針詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++智能指針內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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