std::shared_ptr的控制块单独分配,逻辑上与对象分离:前段为控制块(含引用计数、弱引用计数、删除器等),后段为t对象;shared_ptr仅存两个指针,控制块生命周期由weak_count决定,需use_count和weak_count均为0才释放。

std::shared_ptr 的控制块(control block)存在哪里
它不和管理的对象在同一个内存块里,而是单独分配——哪怕你用 std::make_shared 也一样,只是对象和控制块被分配在连续内存中(同一块 malloc 返回的区域),但逻辑上仍是两个部分:前段是控制块,后段才是 T 类型对象。
控制块至少包含:
- 引用计数(use_count)
- 弱引用计数(weak_count)
- 删除器(deleter)的函数指针或内联存储
- 分配器(allocator)信息(若自定义)
- 可选:自定义删除器捕获的上下文(如 lambda 捕获值)
关键点:
- std::shared_ptr 本身只存两个指针:一个指向对象(T*),一个指向控制块(control_block*)
- 控制块的生命周期独立于对象;当 use_count 降为 0 时对象被销毁,但控制块要等到 weak_count 也为 0 才释放
- 如果你用裸指针构造 std::shared_ptr<t>(new T)</t>,控制块和对象必然分开放,因为 new 只负责对象
为什么 make_shared 比直接 new + shared_ptr 更高效
因为一次分配完成控制块 + 对象,避免两次堆分配。但注意:这仅在使用默认删除器、无自定义分配器、且对象类型可平凡构造/析构时才成立(实际编译器基本都支持)。
常见误区:
- std::make_shared 不能用于需要自定义删除器的场景(除非你额外传入,但此时仍会分配控制块+对象,删除器被拷贝进控制块)
- 若 T 的构造函数抛异常,make_shared 会保证控制块一并释放,不会泄漏
- 对于大对象,make_shared 的局部性更好,CPU 缓存更友好
反例:以下代码控制块和对象一定分离
std::shared_ptr<int> p(new int(42), [](int* p) { std::cout << *p << '\n'; delete p; });
weak_ptr 是怎么共享控制块却不影响对象生命周期的
std::weak_ptr 内部也存一个指向控制块的指针,但它不修改 use_count,只增减 weak_count。
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真正决定对象生死的只有 use_count;weak_count 只是“还有谁在观察这个控制块”。当最后一个 shared_ptr 析构(use_count→0),对象立即销毁,但控制块还在——直到所有 weak_ptr 也都析构(weak_count→0),控制块才释放。
所以:
- weak_ptr.lock() 成功的前提是 use_count > 0,它返回新 shared_ptr 并原子增 use_count
- 如果你持有 weak_ptr 却长期不调 lock(),控制块会一直占着内存,哪怕对象早已销毁
- weak_ptr 自身不引发分配,它的大小通常和 shared_ptr 相同(两个指针)
自定义删除器和分配器如何影响控制块布局
控制块必须能存储删除器和分配器实例。标准库实现一般采用“类型擦除 + 小对象优化”策略:
- 若删除器是函数指针(如 void(*)(T*))或空类(如 std::default_delete<t></t>),常直接存于控制块固定字段,不额外分配
- 若删除器是带捕获的 lambda 或大对象(比如含 std::string 成员),控制块会在堆上再 malloc 一块内存存放它,并在控制块中存指针
- 自定义分配器同理:若可平凡复制且尺寸小,就内嵌;否则外置
- 这意味着:看似相同的 shared_ptr<t></t> 类型,不同构造方式可能导致控制块大小、分配次数、甚至缓存行对齐行为完全不同
验证方法(GCC/Clang):
std::cout << sizeof(std::shared_ptr<int>) << '\n'; // 通常是 16 字节(两个指针)<br>std::cout << sizeof(std::weak_ptr<int>) << '\n'; // 同样 16
但控制块本身的大小无法直接 sizeof,它取决于构造方式
最易被忽略的一点:控制块里的引用计数是原子操作,且通常用 lock-free 实现。这意味着即使你不显式加锁,shared_ptr 在多线程间拷贝/赋值/析构也是安全的——但代价是每次访问都带内存序约束(如 memory_order_relaxed 读,memory_order_acq_rel 改),别把它当成零成本原语。










