面试题14：什么是 RAII 编程方法

RAII（Resource Acquisition Is Initialization）是C++的发明者 Bjarne Stroustrup 提出的概念,也称为资源获取就是初始化，是一种管理资源、避免泄漏的编程方法。 它的基本思想是在对象的构造函数中获取资源，并在对象的析构函数中释放资源。通过这种方式，资源管理被封装在对象的生命周期中，从而简化了资源的获取和释放，避免了手动管理资源时可能出现的错误。
RAII 的核心思想是将资源的生命周期与对象的生命周期绑定在一起。当对象被创建时，它会自动获取所需的资源；当对象被销毁时，它会自动释放所拥有的资源。这种方式可以确保资源的正确获取和释放，避免了资源泄漏和内存泄漏等问题。
比如针对上面章节中在释放内存前有返回操作的场景，使用 RAII 编程方法可以作如下代码调整：

#include <iostream>class SmartVal
{
public:SmartVal(){printf("automatically apply for memory\n");m_val = new int;}~SmartVal(){if (nullptr != m_val){printf("automatically release for memory\n");delete m_val;m_val = nullptr;}}public:int* getVal(){return m_val;}private:int* m_val = nullptr;
};void doSomething(int type)
{SmartVal val;if (0 != type){return;			//OK：val 申请的内存会自动释放}
}int main()
{doSomething(0);return 0;
}

上面代码的输出为：

automatically apply for memory
automatically release for memory

通过在构造函数自动申请内存，在析构函数中自动释放内存，从而避免了由于忘记正确释放内存导致内存泄漏。除了对于内存的自动管理，RAII 还可以应用于其他类型的资源管理，如文件句柄、网络连接等。通过将资源的获取和释放封装在相应的对象中，可以简化资源的管理，提高代码的可读性和可维护性。根据 RAII 编程方法， C++11 标准引入了能够自动管理动态内存的智能指针。

面试题15：如何解决智能指针的循环依赖问题

使用 weak_ptr 解决循环引用问题。循环引用是指两个或更多智能指针相互引用，形成一个闭环，导致它们的引用计数永远不会降到0，从而使得它们管理的内存无法得到释放。
使用 weak_ptr 可以打破这个循环，因为它不增加所指向对象的引用计数。当一个 shared_ptr 和一个 weak_ptr 相互引用时，只有当 shared_ptr 的引用计数变为 0 时，对象才会被销毁。而 weak_ptr 可以通过调用 lock() 方法来尝试获取一个临时的 shared_ptr，以安全地访问对象。如果对象已经被销毁，lock() 方法将返回一个空的 shared_ptr。如下为样例代码：

#include <iostream>  
#include <memory>  using namespace std;class A;
class B;class A
{
public:A() {}~A() {printf("destroy A\n");}public:void setB(shared_ptr<B> b){m_b = b;}private:shared_ptr<B> m_b;
};class B
{
public:B() {}~B(){printf("destroy B\n");}public:void setA(shared_ptr<A> a){m_a = a;}private:weak_ptr<A> m_a;
};int main() {shared_ptr<A> a(new A);shared_ptr<B> b(new B);a->setB(b);b->setA(a);return 0;
}

上面代码的输出为：

destroy A
destroy B

面试题16：unique_ptr 如何实现独占所有权

unique_ptr 在其生命周期内拥有它所指向的对象的唯一所有权，其他任何指针（包括其他 unique_ptr ）都不能同时拥有该对象的所有权。当 unique_ptr 被销毁时（例如离开其作用域或被重新赋值），它所拥有的对象也会被自动删除。
unique_ptr 实现独占所有权的技术原理主要有以下 4 点：
（1）内部私有指针：unique_ptr 内部维护一个私有的原始指针，该指针指向它所拥有的对象。外部代码不能直接访问它。
（2）排他性：unique_ptr 不支持复制语义，从而可以保证了在任何时候都只有一个 unique_ptr 拥有指向对象的所有权。
（3）移动语义：unique_ptr 支持移动语义，允许将一个 unique_ptr 的所有权移动给另一个 unique_ptr ，但不能复制它。这是通过将 unique_ptr 的拷贝构造函数和拷贝赋值运算符设置为 delete （即禁用），同时提供移动构造函数和移动赋值运算符来实现的。
（4）资源释放：unique_ptr 通过RAII（资源获取即初始化）原则来实现在其生命周期结束时自动释放其拥有的资源（如动态分配的内存）：在构造函数中获取资源，在析构函数中释放（析构函数中可以调用自定义删除器）。
样例代码如下：

unique_ptr<int> ptr1(new int); // 创建unique_ptr并初始化 
unique_ptr<int> ptr2 = ptr1; 	// 错误：不能复制 unique_ptr  
unique_ptr<int> ptr3 = move(ptr1); // 正确： 移动 unique_ptr 的所有权 

面试题17：shared_ptr 如何实现内部的引用计数机制

shared_ptr 的内部引用计数机制通常是通过内部使用一个控制块（control block）来实现的。当创建一个 shared_ptr 时，它会在堆上分配一个控制块，并将引用计数初始化为 1。然后，shared_ptr 内部的指针实际上是指向这个控制块的指针，而不是直接指向所管理的对象。控制块内部有一个指针指向实际的对象。
以下是 shared_ptr 实现引用计数的一些关键步骤：
（1）构造函数：当创建一个新的 shared_ptr 并指向某个对象时，如果这是第一个 shared_ptr 指向该对象，它会分配一个新的控制块，并将引用计数设置为 1。然后，shared_ptr 的内部指针指向这个控制块。如果已经有其他的 shared_ptr 指向该对象，它会增加现有控制块的引用计数。
（2）拷贝构造函数和拷贝赋值：当使用拷贝构造函数或拷贝赋值运算符创建一个新的 shared_ptr 时，它会增加现有控制块的引用计数，并使新的 shared_ptr 指向同一个控制块。
（3）移动构造函数和移动赋值：与 unique_ptr 类似，shared_ptr 也支持移动语义。当使用移动构造函数或移动赋值运算符时，它会将所有权从一个 shared_ptr 移动到另一个 shared_ptr，而不改变引用计数。
（4）析构函数：当 shared_ptr 的析构函数被调用时（例如，shared_ptr 离开其作用域），它会减少控制块的引用计数。如果引用计数变为 0，这表明没有其他 shared_ptr 再指向该对象，因此 shared_ptr 会删除控制块和所管理的对象，并释放内存。
（5）自定义删除器：shared_ptr 允许用户提供自定义的删除器，用于在删除对象时执行特定的操作。例如，可以使用自定义删除器来调用对象的自定义析构函数，或者执行其他清理任务。