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C++面試八股文:什么是智能指標?

2023-06-20 08:11:07 後端開發

某日二師兄參加XXX科技公司的C++工程師開發崗位第19面:

面試官:什么是智能指標?

二師兄:智能指標是C++11引入的類模板,用于管理資源,行為類似于指標,但不需要手動申請、釋放資源,所以稱為智能指標,

面試官:C++11引入了哪些智能指標?

二師兄:三種,分別是shared_ptrunique_ptr、和weak_ptr

面試官:說一說三種指標的特征及用途,

二師兄:好的,shared_ptr使用了參考計數(use count)技術,當復制個shared_ptr物件時,被管理的資源并沒有被復制,而是增加了參考計數,當析構一個shared_ptr物件時,也不會直接釋放被管理的的資源,而是將參考計數減一,當參考計數為0時,才會真正的釋放資源,shared_ptr可以方便的共享資源而不必創建多個資源,

file

二師兄:unique_ptr則不同,unique_ptr獨占資源,不能拷貝,只能移動,移動過后的unique_ptr實體不再占有資源,當unique_ptr被析構時,會釋放所持有的資源,

file

二師兄:weak_ptr可以解決shared_ptr所持有的資源回圈參考問題,weak_ptr在指向shared_ptr時,并不會增加shared_ptr的參考計數,所以weak_ptr并不知道shared_ptr所持有的資源是否已經被釋放,這就要求在使用weak_ptr獲取shared_ptr時需要判斷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中有一個智能指標指向Goo,而Goo中也有一根智能指標指向Foo,這就是回圈參考,我們可以使用weak_ptr來解決這個文通,

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

面試官:好的,智能指標是執行緒安全的嗎?

二師兄:是的,拋開型別T,智能指標是型別安全的,

面試官:為什么?

二師兄:因為智能指標底層使用的參考計數是atomic的原子變數,原子變數在自增自減時是執行緒安全的,這保證了多執行緒讀寫智能指標時是安全的,

面試官:好的,為什么盡量不要使用裸指標初始化智能指標?

二師兄:因為可能存在同一個裸指標初始了多個智能指標,在智能指標析構時會造成資源的多次釋放,

面試官:為什么不要從智能指標中回傳裸指標呢?

二師兄:是因為如果回傳的裸指標被釋放了,智能指標持有的資源也失效了,對智能指標的操作是未定義的行為,

面試官:智能指標能夠持有陣列嗎?

二師兄:shread_ptrunique_ptr都可以持有陣列,

面試官:那你知道在釋放資源的時候兩者有什么不同嗎?

二師兄:這個暫時還不清楚,,

面試官:可以使用靜態物件初始化智能指標嗎?

二師兄:讓我想想,,不可以,因為靜態物件的生命周期和行程一樣長,而智能指標的析構的時候會導致靜態資源被釋放,這會導致未定義的行為,

面試官:如果需要在一個類中實作一個方法,這個方法回傳這個類的shread_ptr實體,需要注意哪些東西?

二師兄:需要繼承std::enable_shared_from_this類,方法回傳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:為什么不直接回傳this指標?

二師兄:額,,,不太清楚,但是這應該是個范式,

面試官:好的,今天的面試結束了,請回去等通知吧,

今天二師兄的表現不錯,讓我們看看一些回答的不太理想的地方吧,

智能指標是執行緒安全的嗎?

很遺憾,使用不當的時候并不是,

#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

當我們向另一個執行緒傳遞智能指標的參考時,由于use count并沒有加1,在shptr析構時直接銷毀了管理的Foo實體,所以在執行緒中執行shptr->print()會引發coredump

修改起來也很簡單,把std::thread([&shptr]()改成std::thread([shptr]()即可,記住,智能指標盡量不要傳參考

知道在釋放資源的時候shread_ptrunique_ptr有什么不同嗎?

這里需要在shared_ptr構造時傳入deleter,用來銷毀持有的陣列,而unique_ptr無需此操作,因為unique_ptr多載了unique_ptr(T[])

get_foo()方法為什么不直接回傳this指標?

參考 ”為什么盡量不要使用裸指標初始化智能指標“,聰明的小伙伴,想想如果多次呼叫get_foo()會發生什么?

好了,今天二師兄的面試之旅到這里就結束了,感謝小伙伴的耐心閱讀,如果您覺得還不錯,請多多支持二師兄,拜謝~

關注我,帶你21天“精通”C++!(狗頭)

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/houduan/555560.html

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