康复训练 5

• 自定义删除器怎么用？什么时候需要？

• 答：

• 1.自定义删除器就是智能指针析构时调用的函数，可以在构建智能指针时传入，支持普通函数和lambda

• 2.特殊的申请内存方式的时候，以及特殊的场景时需要

评分：6.5/10

• 不足：

• 可补充删除器的类型要求：对于unique_ptr，删除器是类型的一部分；对于shared_ptr，删除器通过类型擦除实现，不是类型的一部分。

• 可补充函数对象（仿函数）也支持，并说明lambda是C++中最常用的方式。

• 需要列举具体场景，如：管理非内存资源（文件、套接字）、使用malloc而非new、数组资源、共享资源的特殊释放逻辑等。

• 修正：

第一层：什么是自定义删除器

"自定义删除器是智能指针在析构时调用的可调用对象（函数、函数对象、lambda），用于释放所管理的资源。默认情况下，unique_ptr和shared_ptr使用delete释放内存，但通过自定义删除器，我们可以定制资源的释放方式。"

第二层：如何使用自定义删除器（代码示例）

对于 unique_ptr：删除器是类型的一部分，需要在模板参数中指定。

cpp

// 使用 lambda（C++11起）
auto deleter = [](FILE* f) { if (f) fclose(f); };
std::unique_ptr<FILE, decltype(deleter)> ptr(fopen("test.txt", "r"), deleter);

// 使用函数对象
struct FileDeleter {
    void operator()(FILE* f) const { if (f) fclose(f); }
};
std::unique_ptr<FILE, FileDeleter> ptr(fopen("test.txt", "r"));

对于 shared_ptr：删除器不是类型的一部分，可以在构造函数中传入，更灵活。

cpp

// 直接传入lambda
std::shared_ptr<FILE> ptr(fopen("test.txt", "r"), [](FILE* f) { fclose(f); });

// 传入函数指针
void close_file(FILE* f) { fclose(f); }
std::shared_ptr<FILE> ptr(fopen("test.txt", "r"), close_file);

第三层：什么时候需要自定义删除器（具体场景）

1. 管理非内存资源

• 文件句柄：用fopen打开的文件，需用fclose关闭。

• 套接字：用socket创建的，需用close或closesocket关闭。

• 数据库连接：需用自定义断开连接函数释放。

2. 使用 malloc 分配的内存

• 如果资源来自C语言的malloc，不能用delete释放，需用free。

cpp

auto deleter = [](void* p) { free(p); };
std::unique_ptr<void, decltype(deleter)> ptr(malloc(100), deleter);

3. 管理数组资源（但更推荐用 std::vector 或 std::array）

• 虽然unique_ptr<T[]>有默认删除器delete[]，但如果数组来自特殊分配（如aligned_alloc），可能需要自定义。

4. 需要特殊清理逻辑的资源

• 例如：需要在释放前记录日志、更新状态、或调用特定的清理API。

cpp

auto deleter = [](MyObject* obj) {
    std::cout << "Deleting object with ID: " << obj->id() << std::endl;
    delete obj;
};

5. 共享资源的释放

• 当多个shared_ptr共享一个资源，但该资源不是通过new分配时（如C库返回的单例），需要确保释放函数只调用一次。

6. 使用自定义内存池或分配器

• 如果对象从特定内存池分配，需调用对应的释放函数回收到池中。

第四层：注意事项（加分点）

• unique_ptr 的删除器类型 ：因为删除器是类型的一部分，不同删除器的unique_ptr不能直接赋值或比较，除非删除器相同。

• shared_ptr 的删除器类型擦除 ：shared_ptr的删除器通过类型擦除保存，所以不同删除器的shared_ptr可以存放在同一容器中，且赋值时不会影响类型。

• 异常安全：自定义删除器应保证不抛出异常，否则在析构函数中抛出会导致程序终止。

• 空删除器优化 ：对于无状态的删除器（如空lambda、无成员函数对象），unique_ptr可以受益于空基类优化（EBO），不增加额外大小。

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make_shared和直接new shared_ptr有什么区别？优势在哪？

• 答：

• make_shared是申请一块连续的空间给管理的对象和控制块，new shared_ptr是先创建对象，然后再在构造函数里面申请空间存控制块

• make_shared比new shared_ptr的优势

• 1.空间连续，减少内存碎片

• 2.一次操作完成，性能更好

评分：8.0/10

• 不足：

• 未提及异常安全 优势：new和shared_ptr构造分开可能导致内存泄漏（如果new成功但shared_ptr构造前抛出异常）。

• 未提及一个重要的劣势 ：如果有很多weak_ptr长期存在，对象内存可能延迟释放（因为控制块和对象一起分配，控制块存活时对象内存无法回收）。

• 可以更结构化，区分"区别"、"优势"、"劣势"，便于面试官快速理解。

• 修正：

第一层：核心区别（内存分配方式）

make_shared ：一次分配一块足够大的内存，同时容纳对象本身 和控制块（包含引用计数、弱计数、删除器等）。对象和控制块在内存中连续存放。

直接new shared_ptr：分两步：

1. 使用new表达式为对象分配内存并构造对象。

2. 将原始指针传入shared_ptr构造函数，此时再为控制块单独分配内存。

因此，make_shared只进行一次内存分配，而直接new需要进行两次分配。

第二层：优势（为什么通常推荐使用make_shared）

1. 性能更高 ：一次内存分配比两次分配开销小，尤其在频繁创建shared_ptr时，减少内存分配次数和内存碎片。

2. 异常安全 ：直接new存在一个隐患：先new对象，再构造shared_ptr，如果在new之后、shared_ptr构造之前抛出异常（例如shared_ptr构造函数内存不足），则对象内存会泄漏。make_shared将这两步合并为原子操作，避免了这种风险。

3. 缓存局部性更好：对象和控制块连续存放，访问对象时可能同时将控制块加载到缓存行，减少缓存未命中，提高访问速度。

4. 代码更简洁 ：避免显式new，符合现代C++"避免裸new"的准则，减少出错可能。

第三层：劣势（什么情况下不适合用make_shared）

1. 内存延迟释放 ：因为对象和控制块在同一块内存上，即使所有shared_ptr都已销毁（强引用计数为0），只要还有weak_ptr指向该控制块（弱引用计数>0），整块内存就无法释放。这意味着对象内存会被延迟，直到所有weak_ptr也被销毁。如果对象很大且weak_ptr生命周期很长，可能造成不必要的内存占用。

2. 自定义删除器 ：make_shared不支持自定义删除器。如果需要自定义删除器，必须使用new方式传入删除器。

3. 控制块内存开销 ：在某些实现中，make_shared可能无法利用空基类优化（EBO）等，但通常差异很小。

第四层：选择建议

• 默认优先使用make_shared，除非：

  • 对象很大，且存在大量长期存活的weak_ptr（需要精确控制对象释放时机）。

  • 需要自定义删除器。

  • 构造函数是私有的（make_shared可能需要友元）。

对于数组，C++17引入了std::make_shared<T[]>，C++20支持std::make_shared<T[N]>，也可考虑使用。

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进程和线程的区别？（从资源、调度、通信、地址空间等角度）

• 答：

• 不论线程还是进程，在内核中都是以task_struct结构体的形式存在

• 进程有独立的地址空间，各个进程间相互独立互不干扰，而线程是同一个进程内的线程共享一个地址空间，全局变量，堆内存等各线程都可以访问

• 进程是操作系统资源调度的基本单位，线程是cpu资源调度的基本单位

• 进程是资源的拥有者，有独立的代码段、数据、堆栈、文件描述符表，线程是资源的使用者，不拥有资源

• 进程间通信比较复杂，需要借助管道、信号、socket、消息队列等进行，线程间通信就比较简单，可以通过全局结构体、变量的形式，但需要注意资源竞争问题

• 进程独立性高，但是开销大，线程独立性低，一个线程崩溃，同一个进程的线程都会受到影响，但轻量，开销小

评分：7.5/10

• 修正：

内核视角（共同点）

"在Linux内核中，进程和线程都用task_struct结构体表示。线程被称为轻量级进程（LWP），它们与进程的主要区别在于是否共享某些内核资源，如内存描述符（mm_struct）、文件描述符表等。"

地址空间

• 进程：拥有独立的虚拟地址空间，通过页表映射到物理内存。进程间地址空间相互隔离，一个进程不能直接访问另一个进程的内存。

• 线程 ：同一进程内的线程共享 该进程的地址空间，包括代码段、数据段、堆、共享库等。但每个线程拥有独立的栈 和线程局部存储（TLS），以及自己的程序计数器和寄存器上下文。

资源拥有与调度

• 进程 ：是系统资源分配的基本单位。进程拥有独立的代码段、数据段、堆、栈、文件描述符表、信号处理表、当前工作目录等资源。

• 线程 ：是CPU调度的基本单位。线程不拥有系统资源，只拥有运行必需的少量资源（如栈、寄存器、线程ID），共享所属进程的资源。

通信方式

• 进程间通信（IPC） ：由于地址空间隔离，需要借助内核提供的机制：管道 （Pipe）、消息队列 、共享内存 （最快，但需同步）、信号 （Signal）、信号量 、套接字（Socket，可用于网络通信）等。

• 线程间通信 ：因为共享地址空间，可以直接通过读写全局变量、堆内存、数据结构 进行通信，简单高效。但必须使用同步机制（互斥锁、条件变量、读写锁、原子操作等）来避免竞态条件和数据不一致。

健壮性与开销

• 健壮性：进程间相互隔离，一个进程崩溃通常不会影响其他进程（除非是父子进程依赖）。线程间共享地址空间，一个线程的非法操作（如野指针、栈溢出）可能导致整个进程崩溃。

• 开销：

  • 创建销毁：进程创建需要分配独立地址空间、复制页表、初始化各种数据结构，开销较大；线程创建只需分配栈和TLS，开销小得多。

  • 上下文切换：进程切换涉及地址空间切换（TLB刷新等），代价较高；线程切换在同一地址空间内，代价相对较低。

  • 同步开销：线程间同步（如锁）仍有一定开销，但通常小于进程间通信。

其他补充

• 多线程编程的优势：资源共享、快速通信、低开销，适合I/O密集型和需要细粒度并行的任务。

• 多进程编程的优势：强隔离、高稳定性，适合安全性要求高、模块化强的应用（如浏览器每个标签页一个进程）。