shared_ptr控制块在哪 引用计数存储位置解析

shared_ptr的控制块位置取决于创建方式：make_shared时控制块与对象同分配，提升性能；通过原始指针构造时则单独分配控制块，需两次内存操作，效率较低且易引发double free。

shared_ptr

的控制块，也就是存储引用计数的地方，它的位置并不固定，取决于

shared_ptr

是如何创建的。理解这一点至关重要，因为它关系到内存管理和资源共享的效率。

控制块的位置可以归纳为以下两种主要情况：

控制块和引用计数存储位置解析

1. make_shared创建的对象

使用

make_shared<T>()

创建对象时，控制块会和对象本身一起分配在同一块连续的内存区域。这意味着只需要一次内存分配，效率更高，同时也减少了内存碎片化的可能性。

例如：

#include <iostream> #include <memory>  int main() {   auto ptr = std::make_shared<int>(42);   // 控制块和int对象在同一块内存中   return 0; }

这种方式是推荐的用法，因为它在性能和异常安全性方面都更优。

2. 通过原始指针创建 shared_ptr

当使用原始指针（例如

new T()

）来构造

shared_ptr

时，控制块会单独分配一块内存。 这种情况下，需要两次内存分配：一次用于对象本身，另一次用于控制块。

例如：

#include <iostream> #include <memory>  int main() {   int* rawPtr = new int(42);   std::shared_ptr<int> ptr(rawPtr);   // 控制块和int对象分别在不同的内存块中   return 0; }

需要特别注意的是，如果使用同一个原始指针多次创建

shared_ptr

，会导致double free的问题，因为每个

shared_ptr

都会认为自己拥有该指针的所有权，并在析构时尝试释放它。这是

shared_ptr

使用时最容易犯的错误之一。

使用原始指针创建 shared_ptr 的正确姿势

#include <iostream> #include <memory>  int main() {   int* rawPtr = new int(42);   std::shared_ptr<int> ptr1(rawPtr, [](int* p){     std::cout << "Custom deleter called" << std::endl;     delete p;   });    std::shared_ptr<int> ptr2 = ptr1; // 正确，共享所有权    return 0; }

为什么

make_shared

更高效？

因为

make_shared

只需要一次内存分配，而直接使用

new

后用原始指针构造

shared_ptr

需要两次。 此外，

make_shared

在异常安全性方面也更胜一筹。 如果在使用

new

分配对象后，但在构造

shared_ptr

之前抛出异常，则可能导致内存泄漏。

make_shared

则避免了这种风险，因为它在同一操作中分配对象和控制块。

控制块还存储了什么？

除了引用计数，控制块还可能存储以下信息：

• 弱引用计数： 用于

  weak_ptr

  ，跟踪有多少

  weak_ptr

  指向该对象。

• 自定义删除器： 如果在创建

  shared_ptr

  时指定了自定义删除器，则删除器的指针也会存储在控制块中。

• 分配器： 用于管理对象内存的分配器，在自定义分配的场景下会用到。

多线程环境下的引用计数

在多线程环境中，引用计数的更新必须是原子操作，以避免竞争条件。

shared_ptr

内部使用了原子操作来保证引用计数的线程安全性。 这会带来一定的性能开销，但在大多数情况下，这种开销是可以接受的。

循环引用问题

shared_ptr

的一个常见问题是循环引用，即两个或多个对象彼此持有对方的

shared_ptr

，导致引用计数永远不为零，从而造成内存泄漏。 解决循环引用的方法是使用

weak_ptr

，

weak_ptr

不会增加引用计数，因此可以打破循环。

如何避免循环引用？

使用

weak_ptr

来打破循环引用。

weak_ptr

是一种弱引用，它不会增加对象的引用计数。 当对象不再被任何

shared_ptr

引用时，即使还有

weak_ptr

指向它，对象也会被销毁。

什么时候应该使用原始指针？

尽管

shared_ptr

在很多情况下都是管理动态分配内存的首选方式，但在某些情况下，使用原始指针可能更合适：

• 性能至关重要：

  shared_ptr

  的引用计数操作会带来一定的性能开销，在对性能要求极高的场景下，可能需要考虑使用原始指针。

• 与C API交互： C API通常使用原始指针，因此在与C API交互时，可能需要使用原始指针。
• 对象生命周期明确： 如果对象的生命周期非常明确，并且可以手动管理，那么使用原始指针可能更简单。

如何选择合适的智能指针？

C++ 提供了多种智能指针，包括

unique_ptr

、

shared_ptr

和

weak_ptr

。 选择合适的智能指针取决于对象的所有权和生命周期管理需求。

• unique_ptr

  ： 用于独占所有权，即只有一个智能指针指向该对象。 当

  unique_ptr

  销毁时，它会自动释放所拥有的对象。

• shared_ptr

  ： 用于共享所有权，即多个智能指针可以指向同一个对象。 当最后一个

  shared_ptr

  销毁时，它会自动释放所拥有的对象。

• weak_ptr

  ： 用于观察

  shared_ptr

  所拥有的对象，但不增加引用计数。 用于打破循环引用。

理解

shared_ptr

控制块的位置和作用对于编写高效、安全的 C++ 代码至关重要。 优先使用

make_shared

创建对象，避免使用同一个原始指针多次创建

shared_ptr

，并注意避免循环引用，可以帮助你更好地利用

shared_ptr

管理内存，减少内存泄漏和程序崩溃的风险。