示例代码：https://github.com/plantree/examples/blob/main/cpp/shared_ptr.h🔗

Chromium 是一个久经考验的开源浏览器引擎，是 Chrome 和 Edge 的共同基石。

其主要开发语言是 C++。

众所周知，C++ 是一门语法特性丰富，甚至可以说是略显复杂的编程语言。尽管多数情况下，我们使用的只是其中一个很小子集。

最直观的例子，《C++ Primer》这本经典的入门书，非常厚，第五版将近有 800 页。

絮絮叨叨说这么多，其实就是想表达一个观点：

看书，背诵标准库，是学不好编程的。要多动手，尤其是观摩、揣摩并动手模仿工程上的“最佳实践”和其解题思路。

这个观点，在去年的 文章🔗 中提到过，是孟岩讲的：

我主张，在具备基础之后，学习任何新东西，都要抓住主线，突出重点。对于关键理论的学习，要集中精力，速战速决。而旁枝末节和非本质性的知识内容，完全可以留给实践去零敲碎打。

Chromium 对于 C++ 做了很多包装和裁剪，并形成一套独有的风格（Style），包括指针的使用，多线程，任务调度等。

后续会出一系列文章，也欢迎大家讨论。

第一篇文章，打算谈一谈 Chromium 中指针（Pointer）的使用。

1. 概述

指针这个概念，目前应该只在 C 和 C++ 语言中被广泛使用。

这是一个功能强大，使用灵活，但也经常导致程序异常退出和隐藏 bug。

指针指向的是一段内存地址（Memory address），这是 C/C++ 语言赋予程序员的一种几乎是操纵一切的能力：借助指针可以精准管理内存。

无论是申请和释放的时机，还是内存共享，小小一个指针，蕴藏极大能量。

但是，任何强大的工具，如果没有保护措施或使用指南，便很容易犯错。

关于指针，常见的错误大致有两种：

• 内存忘记回收导致内存泄漏（Memory leak）
• 野指针（Dangling reference）引用导致未定义行为（Undefined behavior）

关于第一个问题，STL 已经实现了一套机制：智能指针（Smart pointer）。针对不同场景，还贴心地提供了三个工具类，unique_ptr，shared_ptr 和 weak_ptr。

除此，Chromium 还额外提供了一些辅助类，简化线程管理。

第二个问题，STL 目前没有涉及，暂时还需要依赖程序员的经验。

Chromium 则是开发出 raw_ptr，直接让程序在野指针调用处 Crash，而不是“稀里糊涂”地工作，将不确定的漏洞，转换为确定性崩溃。

2. 智能指针

智能指针的核心是 引用计数（Reference counting）🔗。

这是一个广为使用的对象生命期管理技巧。不仅可以用于管理内存。

原理很简单。什么样的对象需要释放？不再被使用的。

因此用一个额外的控制块（Control block）记录对象被引用的次数，当引用计数为 0 的时候，对象被立即回收。

STL 用这种方式，实现了 shared_ptr。

不过引用计数存在循环引用（Circular reference）的问题。

举个最简单的例子，如果两个 shared_ptr 内部各自持有对方的原始指针，那么双方的引用计数都是 1，这两个对象将一直活着。

于是 STL 提出“弱引用”的概念，用 weak_ptr 表示。只有使用权，没有所有权，shared_ptr 指向的对象一定是有效的，但 weak_ptr 不是，具体可以通过 lock() 方法判断。

概念很直白，STL 的实现也很简洁。

shared_ptr 内部有两块内容，一部分是原始指针，另一部分是引用计数。

引用计数分两种，强引用计数绑定 shared_ptr 的数量，弱引用计数绑定 weak_ptr 的数量。区别在于，当强引用计数为 0 的时候，*ptr 释放，但控制块的部分还在，否则 weak_ptr 将无法获取关于对象是否还活着的信息。

控制块会在弱引用计数为 0 的时候销毁。

引用计数固然强大，但额外增加的状态管理，会导致复杂性上升，性能下降。

于是对于对于排他性内存这样的使用场景，STL 提供了 unique_ptr，基本可视为原始指针的轻度封装。好处是所有权清晰，只有一个对象持有，对象析构时自动释放。当然，所有权可以通过 std::move() 转移。

通俗一点，unique_ptr 就是只实现了移动语义，且不支持拷贝操作的裸指针。在使用方式和性能上，与原始指针几乎一致。

STL 的这三个指针，适用于各类场景，包括多线程，因为引用计数是原子（Atomic）操作。

对于单线程环境，Chromium 额外提供了 WeakPtr。

不要被表象迷惑，它跟 weak_ptr 很不一样。

weak_ptr 一定要结合 shared_ptr 使用，而且支持多线程。

WeakPtr 是单独使用，只可用于被创建线程。它并不是用于管理内存的工具，而是用来跟踪指向对象是否还活着，如果对象销毁，WeakPtr 将会自动置空。

在这一点上，倒是与 weak_ptr 类似：不参与控制持有对象的生命周期。

WeakPtr 的实现也值得拿来讲讲，简单而实用。

WeakPtr 是由工厂类 WeakPtrFactory 创建，该类利用一个 标记（Flag）追踪对象的有效性。当对象销毁，该标记会被重置。

因为所有 WeakPtr 都持有该标记的引用，因此在调用时，首先判断标记的有效性，如果无效，解引用（Dereference）时返回 nullptr。

3. raw_ptr

raw_ptr 是 Chromium 中用来替代原始裸指针 T* 的一种智能指针类型。

其目的，是在保持指针操作高效的前提下，增强内存安全，尤其是避免释放后引用问题（Use after free, UAF）。

前面几个智能指针，通常用于简化内存管理，raw_ptr 更聚焦在野指针。

野指针的调用，会带来未定义行为，增加问题排查难度。因此，当指针指向的内存空间失效时，raw_ptr 会触发保护机制，程序直接崩溃。颇符合 Erlang 的思考哲学：

Let it crash.

内部使用到两套机制：特殊的内存分配器（PartitionAlloc）和标记位。

PartitionAlloc 的实现相当复杂。简单来说，这是一个为了空间效率、分配延迟和安全而特殊优化的内存分配器。对于无效内存的访问会触发错误。

标记位用于记录指针是否有效，伴随指针的操作而同步更新。

4. 总结

C++11 出来后，智能指针的使用变得广泛，极大降低了开发者内存管理的心智负担。

同时可用于管理生命周期并不明朗的对象。《Linux 多线程服务端编程》这本书有单独的一章谈及此事。

由此可见，封装（Encapsulation），是控制复杂度的绝佳方式。

当然，了解背后的基本原理和思想，无疑有助于更好地使用它们。

无论是 shared_ptr 还是 raw_ptr，说到底都是状态的管理。

两点技巧：尽可能少；穷举状态改变的所有时机。

之前有位朋友跟我讲，编程的本质是控制复杂度。

延申出去，复杂度的核心就是态管理。

编程也好，做事也罢，我们不断学习的，是从混沌中摸索，甚至控制出一丝秩序的能力。

（完）

参考

1. 引用计数 - 维基百科，自由的百科全书🔗
2. PartitionAlloc Design🔗
3. raw_ptr.md - Chromium Code Search🔗
4. BackupRefPtr [PUBLIC] - Google 文档🔗