为什么设计shared_ptr时要另写一个ControlBlock结构体

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关于shared_ptr的设计

懒得总结了，直接看链接吧⬇️
关于shared_ptr的设计

算了还是copy一下吧

为什么 std::shared_ptr 不把引用计数（ref_count）直接放在对象内部，而是必须放在一个“控制块”（control block）结构体里？

原因 1：对象本身不一定能被修改（可能没有权限添加 ref_count）

你用 shared_ptr 管理的对象，可能是：

  • 第三方库的对象
  • C 库对象
  • 不可修改源码的对象
  • 内置数组
  • 动态分配的基本类型

例如：

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shared_ptr<int> p(new int(10));
shared_ptr<MyType> p(new MyType);
shared_ptr<FILE> p(fopen(...), fclose);

你不可能往 int 或 FILE 里塞一个 ref_count 成员变量。

shared_ptr 必须支持任意类型的对象，因此引用计数不能放在对象内部。

原因 2：多个 shared_ptr 可以指向同一个对象（不共享对象本身的成员）

重要事实：

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shared_ptr<T> p1(new T);
shared_ptr<T> p2 = p1;

p1 和 p2 共享同一个对象，但 它们各自是独立的智能指针对象。

如果 ref_count 写在对象里：

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struct T {
    int ref_count; //  多个 shared_ptr 如何管理？
}

那两个 shared_ptr 怎么找到同一个 ref_count？
它们属于不同的 shared_ptr，但对象只有一个。

另外：

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shared_ptr<T> p3;
p3 = p1;

赋值、移动、替换对象都会导致复杂的同步问题。

引用计数必须在一个能够被多个 shared_ptr 共同指向的地方，而不是在对象内部。

原因 3：shared_ptr 必须支持自定义删除器（deleter）

C++ 允许：

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shared_ptr<FILE> p(f, fclose);

每个 shared_ptr 对象有自己的删除器。

删除器如何存储？

如果 ref_count 在对象里，那删除器在哪里？
对象本身不能存储 shared_ptr 的删除器，因为：

  • 对象不一定是你能修改的
  • 两个 shared_ptr 指向同一个对象可能有不同 deleter（虽然标准里规定共享控制块时 deleter 也共享，但一开始创建时可能不同）

因此：

shared_ptr 需要一个独立的“控制块”来同时存储：

  • 引用计数（shared）
  • 弱引用计数
  • 删除器
  • 分配器信息

这些都不能放进对象本身。

原因 4：要支持 make_shared（对象和计数块连续分配）

经典优化：

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auto p = make_shared<T>(args...);

make_shared 一次分配两个东西：对象 + 控制块

如果 ref_count 在对象内部，则：

  • 编译器无法保证 ref_count 和对象连续
  • make_shared 性能优化就做不到

使用控制块后：

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| control block | object T |
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内存打包更紧凑、更高效、减少 malloc 次数。

为性能，ref_count 必须独立。

原因 5：weak_ptr 需要弱引用计数，而 weak_ptr 不影响对象本身

weak_ptr 的要求：

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weak_ptr<T> w(p);  // 不增加 shared count

如果 ref_count 在对象里，要怎么区分：

  • shared_count
  • weak_count

对象一开始并不知道弱引用系统的存在。

同时，weak_ptr 需要知道对象是否已被删除，但不能触发 destructor。

因此 C++ 规定：

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shared_ptr control block:
  shared_count
  weak_count
  deleter
  pointer to object

weak_ptr 依赖 control block，如果把 ref_count 放对象里，weak_ptr 根本无法实现。

总结一句：为什么不用对象成员 ref_count？

因为 shared_ptr 必须支持：

  • 任意类型（甚至不支持修改的外部类型）
  • 多个 shared_ptr 共享计数
  • 自定义删除器
  • make_shared 优化
  • weak_ptr 弱引用系统
  • 分配器定制

这些能力都要求：

引用计数必须放在一个独立的控制块（control block）中，而不是对象内部。

这是 shared_ptr 设计的核心。