自定义C++智能指针计数异常：仅打印时指针值才正确的问题排查

问题重现 #

实现带引用计数的smart_pointer类时出现诡异的异常现象：

类实现代码 #

#pragma once
#include <iostream>

template <typename T>
class smart_pointer{
    T* pointer;
    int* cnt;
public:
    smart_pointer<T>(T *el): pointer(el) { int i = 1; cnt = &i; }; 
    smart_pointer<T>(const smart_pointer<T>& other): pointer(other.pointer) { 
        // std::cout << ", *(other.cnt): " << *(other.cnt);
        cnt = other.cnt;
        (*cnt)++; 
    } // 拷贝构造函数

    int counter(){ 
        int c = *cnt;
        return c; 
    }
};

测试代码 #

int main(){
    std::string h("hello");
    smart_pointer<std::string> p(&h);
    std::cout << "p: " << p.counter();
    smart_pointer<std::string> q(p);
    std::cout << ", q: " << q.counter() << std::endl;

    return 0;
}

异常现象 #

• 未添加std::cout时，输出p: 1, q: 6487781，引用计数完全错误
• 在拷贝构造函数中添加std::cout << ", *(other.cnt): " << *(other.cnt);后，输出变为p: 1, *(other.cnt): 1, q: 2，看似正常
• 仅执行*(other.cnt)不打印，问题依旧存在

原因拆解 #

1. 核心问题：局部变量内存非法访问
   在smart_pointer的构造函数里，int i = 1; cnt = &i;是致命错误：i是构造函数内的局部栈变量，当构造函数执行完毕，这个变量的生命周期直接结束，对应的栈内存会被系统回收或重新分配。此时cnt指向的是一块已经失效的内存地址，后续对*cnt的读写操作都属于未定义行为——程序可能输出随机值、崩溃，或者看起来“正常”，完全取决于内存的复用情况。

2. 为什么加cout后看似正常？
   当你在拷贝构造函数中添加std::cout打印*(other.cnt)时，cout的内部操作会占用栈空间，刚好没有覆盖之前i所在的那块内存区域，导致那块内存暂时还保留着原来的1值，所以后续的(*cnt)++能得到正确的2。但这只是巧合，不是真正的修复——换个编译器、调整代码顺序或者优化级别，结果可能又会异常。

3. 仅执行*(other.cnt)不打印为什么没用？
   现代编译器会做死代码消除优化，如果你的代码里只是读取*(other.cnt)但没有使用这个值，编译器会直接把这行代码删掉，相当于没执行。所以内存里的值还是没被“保留”，依旧是未定义的随机值。

正确修复思路 #

引用计数的内存必须在堆上分配，确保生命周期不受构造函数影响：

smart_pointer<T>(T *el): pointer(el) { 
    cnt = new int(1); // 堆上分配计数变量
}; 

// 补充析构函数，当计数归0时释放内存和指针
~smart_pointer() {
    if (--(*cnt) == 0) {
        delete pointer;
        delete cnt;
    }
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Marc Miller