C++基础面试题, 介绍 C++ 中三种智能指针的使用场景?

Step 1

Q:: 介绍C++中三种智能指针的使用场景？

A:: C++中三种主要的智能指针是std::unique_ptr、std::shared_ptr和std::weak_ptr。

1. **std::unique_ptr**: 用于独占资源的管理。一个对象只能有一个std::unique_ptr指向它，所有权不能共享。如果需要转移所有权，可以使用std::move()函数将std::unique_ptr转移到另一个指针。

使用场景：管理一个在作用域结束后应立即释放的资源，或者需要明确所有权的情况。

2. **std::shared_ptr**: 用于共享资源的管理。多个std::shared_ptr可以共享同一个对象的所有权，对象在最后一个std::shared_ptr销毁时才会被释放。

使用场景：当多个对象或函数需要共享同一个资源时，如多个线程访问同一资源。

3. **std::weak_ptr**: 是一种不控制对象生命周期的智能指针。它与std::shared_ptr配合使用，用于解决循环引用问题。std::weak_ptr不会增加引用计数，因此不会阻止对象被销毁。

使用场景：需要观察一个由std::shared_ptr管理的资源，但不想影响其生命周期，如缓存或观察者模式中的使用。

Step 2

Q:: std::unique_ptr与传统指针相比有哪些优点？

A:: std::unique_ptr提供了自动内存管理，确保资源在指针离开作用域时被释放，减少了内存泄漏的风险。与传统指针不同，std::unique_ptr具有所有权语义，禁止拷贝赋值以确保唯一的资源所有权。

Step 3

Q:: 如何避免使用std::shared_ptr时的循环引用问题？

A:: 可以通过使用std::weak_ptr来避免循环引用问题。std::weak_ptr不增加引用计数，因此不会阻止对象的释放。当需要访问资源时，可以通过std::weak_ptr的lock()方法获取std::shared_ptr，从而访问对象。

Step 4

Q:: 智能指针的开销是什么？

A:: 智能指针相比于传统指针，有一定的内存和性能开销。

1. **std::unique_ptr**: 开销较小，因为它只是一个简单的指针包装器。

2. **std::shared_ptr**: 有额外的内存开销，因为它需要维护一个引用计数器。每次创建、复制或销毁std::shared_ptr时，引用计数器都需要进行原子操作，可能带来性能开销。

3. **std::weak_ptr**: 依赖于std::shared_ptr的引用计数器，但不增加引用计数，因此开销主要来自于需要额外存储一个弱引用指针。