面试突击系列(三)——C++shared_ptr引用计数的实现原理

 2023-05-26 13:25:42  阅读 0

    std::shared_ptr的引用计数是通过一个辅助的控制块(control block)来实现的。每个std::shared_ptr对象都有一个指向控制块的指针,而控制块本身包含了引用计数以及其他必要的信息。下面是std::shared_ptr引用计数的实现原理的简要描述:

1. 控制块的结构:
   - 控制块是一个堆上分配的结构体,其中包含引用计数、指向堆对象的指针和可选的自定义删除器等信息。
   - 控制块可以被多个std::shared_ptr对象共享,每个std::shared_ptr对象都有一个指向相同控制块的指针。

2. 引用计数的初始化:
   - 当创建一个新的std::shared_ptr对象时,会动态分配一个新的控制块,并将引用计数初始化为1。
   - 如果多个std::shared_ptr对象被复制或共享同一个对象时,它们会共享相同的控制块和引用计数。

3. 引用计数的增减:
   - 每当创建一个新的std::shared_ptr对象指向控制块所管理的对象时,引用计数会增加。
   - 每当std::shared_ptr对象被销毁或重置时,引用计数会减少。
   - 当引用计数减少到零时,表示没有std::shared_ptr对象引用该对象了,可以安全地释放所管理的对象和控制块。

4. 引用计数的共享:
   - 当有多个std::shared_ptr对象共享同一个对象时,它们都持有指向相同控制块的指针。
   - 引用计数的增减是原子操作,确保在多线程环境下的线程安全性。
   - 每个std::shared_ptr对象的析构或重置操作会更新引用计数,确保正确地管理资源。

5. 引用计数的析构:
   - 当引用计数减少到零时,表示没有任何std::shared_ptr对象引用该对象了。
   - 此时,控制块会负责销毁所管理的对象和自身。
   - 对于自定义的删除器,控制块会调用删除器来执行对象的销毁操作。

    通过引用计数,std::shared_ptr能够跟踪多个智能指针对象对同一资源的引用情况,并在不再需要时正确地释放资源。引用计数的实现确保了对象的生命周期与std::shared_ptr的创建、复制和销毁操作相一致。然而,引用计数的使用可能会导致循环引用的问题,我们将在下一节讨论如何解决。

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