本站已经几年没有更新 C++ 相关的问题了，这就来补一个~

起因是最近秋招面试被问到了一个 C++ 智能指针相关的问题，没能答上来，下来仔细研究了一下，发现还挺有意思，将 C++ 对象布局、内存分配、智能指针生命周期等很多知识点都串联起来，有一定的学习价值，特此分享出来。

问题描述

在 C++ 中，通过 make_shared<T>(Args, ...) 来创建一个对象并拿到接管它的智能指针，和通过 shared_ptr<T>(new T(Args, ...)) 来先创建一个对象，然后用智能指针接管该对象，二者的区别是什么？

例如，分别采用下列两种写法：

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auto p1 = std::make_shared<T>(arg1, arg2);

std::shared_ptr<T> p2(new T(arg1, arg2));

分析解答

最核心的区别：内存分配次数不同

在与 AI 问答和阅读相关材料的过程中，发现似乎 C++ 标准并没有对 make_shared 的“内存连续”和“单次分配”做严格限定，因此本文讨论的主要是主流的工程实现。

make_shared 通常来说会将 T 对象和智能指针相应的控制块放在连续的内存区域中，布局上类似于：

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┌──────────────────────────────┐
│ control block                │
│  - reference count           │
│  - weak reference count      │
│  - deleter / allocator ...   │
├──────────────────────────────┤
│ T object                     │
└──────────────────────────────┘

因此 make_shared 通常只需要一次动态内存分配，而 shared_ptr<T>(new T(...)) 则是分别的两次：

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new T(...)
   ↓
┌─────────────┐
│ T object    │
└─────────────┘

shared_ptr create control block
   ↓
┌────────────────────┐
│ control block      │
│  - ref count ...   │
└────────────────────┘

由于 make_shared 产生的智能指针对象位于连续的内存区域中，因此程序的局部性也会更好。整体来看 make_shared 是一个性能更为优越的选择。

另外一个值得关注的区别：弱引用导致的对象存活时间不同（同样是由于内存分配所导致）

假设：

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auto p = std::make_shared<T>();
std::weak_ptr<T> w = p;

p.reset(); // 放弃当前所管理的对象

此时 T 对象已经结束了生命周期，理论上其内存空间可以被释放；但是由于弱引用 w 的存在，智能指针 p 的控制块还不能被释放；又由于控制块和 T 对象的内存空间源自一次内存分配，它们的内存回收也必须保持同步，因此 T 对象内存空间也就暂时无法被释放，直到所有的弱引用结束生命周期，控制块中的弱引用计数归零，此时控制块和 T 对象的内存空间通过单次的 free() 进行释放。

“控制块和 T 对象内存空间源自一次内存分配，它们的内存回收也必须保持同步”

上面的原因来自 POSIX 标准，其中对 free() 的描述如下：

The free() function shall cause the space pointed to by ptr to be deallocated… Otherwise, if the argument does not match a pointer earlier returned by a function in POSIX.1-2017 that allocates memory as if by malloc(), or if the space has been deallocated by a call to free() or realloc(), the behavior is undefined.

简单来说，就是 free() 所传入的指针必须 malloc() 所得到的指针相对应，否则将是未定义行为。