在C++中，智能指针是一种自动管理内存分配和释放的机制，它帮助开发者避免内存泄漏。shared_ptr和weak_ptr是两种常见的智能指针类型，它们通过引用计数来管理对象的生命周期。然而，有时候可能会遇到内存没有被立即释放的情况，这可能会让人感到困惑。本文将深入探讨这种情况的原因，并解释shared_ptr和weak_ptr是如何相互作用的。
首先，来看一个具体的例子。假设有一个大型的托管对象，它的大小足以引起注意。这个对象可能包含其他指针或容器，这些指针或容器会分配自己的内存块，但它们对最终对象大小的贡献不大（除了几个指针）。例如，std::vector会为存储的元素分配内存。
shared_ptr<MyLargeType> sharedPtr;
{
auto sharedPtr = make_shared<MyLargeType>();
weakPtr = sharedPtr;
// ...
}
cout << "作用域结束...\n";
在上面的代码中，有两个作用域：内部作用域用于shared_ptr，外部作用域用于weak_ptr（注意这个weak_ptr只持有一个“弱”引用，它没有使用lock()来创建强引用）。当shared_ptr离开内部作用域时，它应该销毁托管对象……对吗？
当最后一个shared_ptr消失时，它会销毁对象，调用MyLargeType的析构函数（这也会释放成员分配的单独内存块，如向量、字符串等）……但是分配给对象的内存呢？能释放它吗？为了回答这个问题，让考虑第二个例子：
weak_ptr<MyLargeType> weakPtr;
{
shared_ptr<MyLargeType> sharedPtr(new MyLargeType());
weakPtr = sharedPtr;
// ...
}
cout << "作用域结束...\n";
几乎和上面的代码一样……对吗？唯一的区别在于创建shared_ptr的方法：这里使用显式的new。让看看运行这两个例子时的输出。
为了获得有用的信息，需要重写全局new和delete，并报告何时调用示例类的析构函数。
void *operator new(size_t count) {
cout << "分配 " << count << " 字节\n";
return malloc(count);
}
void operator delete(void *ptr) noexcept {
cout << "全局op delete被调用\n";
free(ptr);
}
struct MyLargeType {
~MyLargeType() { cout << "析构函数 MyLargeType\n"; }
private:
int arr[100];
};
现在让看看输出：
对于make_shared：
分配 416 字节
析构函数 MyLargeType
作用域结束...
全局op delete被调用
对于显式new的情况：
分配 400 字节
分配 24 字节
析构函数 MyLargeType
全局op delete被调用
作用域结束...
全局op delete被调用
第一个重要的观察是，正如可能已经知道的，make_shared只会执行一次内存分配。对于显式的new，有两个单独的内存分配。
需要空间来存储两样东西：对象和控制块。控制块是实现依赖的，但它持有对象的指针和引用计数。还有一些其他东西（如自定义删除器、分配器等）。
当使用显式的new时，有两个单独的内存块。所以当最后一个shared_ptr消失时，可以销毁对象并释放内存。
所以看到输出：
析构函数 MyLargeType
全局op delete被调用
析构函数和free()都被调用了 - 在作用域结束之前。
然而，当使用make_shared()创建shared指针时，托管对象位于与控制块相同的内存块中。
故事中的内存分配和清理很有趣……但这对有多大影响？可能影响不大。不应该因为这个原因而停止使用make_shared！
这种情况相当罕见。然而，了解这种行为并在实现依赖于shared和weak指针的复杂系统时记住它，这是很好的。
例如，想到了Herb Sutter在2013年的GoingNative会议上介绍的并发弱字典数据结构：
如果理解正确的话：make_shared会为控制块和widget分配一个内存块。所以当所有shared指针都死了，weak指针会活在缓存中……这也会导致整个内存块也存在。（析构函数被调用，但内存不能被释放）。
为了增强解决方案，应该实现一些额外的机制，定期清理未使用的weak指针。
整篇文章是一次引人入胜的调查！有时候，会发现自己在一些可能不是特别关键的事情上花费太多时间。尽管如此，它们仍然很吸引人。很高兴能以文章的形式分享这个。
整个调查的底线是，shared_ptr/make_shared的实现相当复杂。当控制块与托管对象分配在相同的内存块中时，需要特别小心地释放分配的内存。