智能指针（Smart Pointers）专题

一句话总览

智能指针是 RAII（资源获取即初始化）思想的产物：把「裸指针 + 手动 delete」封装进对象，让内存（或任意资源）随对象生命周期自动释放。C++11 起标准库提供 unique_ptr、shared_ptr、weak_ptr。

三类智能指针速览

智能指针	所有权	特点	代价 / 限制
unique_ptr	独占	轻量、无额外内存开销、可自定义删除器	不可拷贝，只可 move
shared_ptr	共享	引用计数，最后一个释放时销毁对象	控制块开销 + 原子计数，有循环引用风险
weak_ptr	观察	不增加引用计数，可升级为 shared（lock）	专破循环引用 / 缓存观测

高频问题清单（含答案）

1. 为什么需要智能指针？RAII 是什么？

答案

RAII（资源获取即初始化）把资源生命周期绑定到对象生命周期，析构自动释放；智能指针借此避免忘 delete、异常路径泄漏、重复释放。

2. unique_ptr 能否拷贝？如何转移所有权？

答案

不可拷贝（拷贝构造/赋值被 =delete），只能移动。用 std::move(up) 把所有权转移到另一个 unique_ptr，源变空。

3. shared_ptr 引用计数存在哪、是否线程安全？

答案

存在堆上的控制块（control block）里，多个 shared_ptr 共享。计数增减是原子操作、线程安全；但被指对象本身的访问不因 shared_ptr 而自动线程安全。

4. weak_ptr 的作用？如何打破循环引用？

答案

weak_ptr 不增加引用计数、是观察者；lock() 成功则临时提升为 shared_ptr 安全访问。A、B 互相持有 shared_ptr 会循环引用（计数永不归零泄漏），把其中一方换成 weak_ptr 即可打破。

5. 手写 shared_ptr / unique_ptr（高频压轴题）

答案

unique_ptr 存裸指针 + 删除器，禁拷贝、实现移动；shared_ptr 用指针 + 控制块（强/弱计数），拷贝增计数、析构减到零则 delete。完整实现见 手写实现专题 · 手写智能指针。

6. shared_ptr 的 control block 布局？make_shared 优点？

答案

控制块含强计数、弱计数、删除器、分配器。make_shared 把对象和控制块一次分配（省一次 malloc、缓存更友好），缺点是 weak_ptr 会拖住整块内存直到弱计数也归零。

7. 智能指针 + 裸指针混用有什么坑？

答案

用同一裸指针建多个 shared_ptr 会各自计数、导致 double free；shared_ptr 释放后裸指针悬垂。应尽量用 make_shared/make_unique，避免裸指针与智能指针混用。

8. enable_shared_from_this 为什么存在？

答案

让对象能从自己的 this 安全地得到 shared_ptr（内部持有 weak_ptr），避免从裸 this 再建一个 shared_ptr 造成 double free。

9. 自定义删除器怎么传？

答案

unique_ptr 删除器是模板参数（类型的一部分、无额外开销、每个对象可不同）；shared_ptr 删除器存在控制块（同类型 shared_ptr 可各自带不同删除器）。

10. 智能指针会不会导致内存泄漏？

答案

会。shared_ptr 循环引用（A↔B 互相持有）使计数永不归零 → 泄漏。用 weak_ptr 打破循环。详见 weak_ptr.md。

子文档

文件	内容
unique_ptr.md	独占所有权、move、删除器、手写
shared_ptr.md	引用计数、控制块、make_shared、线程安全、手写
weak_ptr.md	循环引用、lock、expired
../handwrite/smart-pointer.md	手写实现已迁到 手写实现专题：shared_ptr 控制块 + weak_ptr::lock + make_shared，另有容器 / optional / flat hashmap / 并发件