C++智能指针 weak_ptr

C++智能指针 weak_ptr

　　weak_ptr 是一种不控制对象生命周期的智能指针, 它指向一个 shared_ptr 管理的对象. 进行该对象的内存管理的是那个强引用的 shared_ptr. weak_ptr只是提供了对管理对象的一个访问手段.
　　weak_ptr 设计的目的是为配合 shared_ptr 而引入的一种智能指针来协助 shared_ptr 工作, 它只可以从一个 shared_ptr 或另一个 weak_ptr 对象构造, 它的构造和析构不会引起引用记数的增加或减少.
　　定义在 memory 文件中(非memory.h), 命名空间为 std.

　　weak_ptr 使用:

std::shared_ptr<int> sp(new int(10));
std::weak_ptr<int> wp(sp);
wp = sp;
printf("%d ", wp.use_count()); // 1
wp.reset();
printf("%d ", wp); // 0

// 检查 weak_ptr 内部对象的合法性.
if (std::shared_ptr<int> sp = wp.lock())
{
}

 

成员函数

weak_ptr 没有重载*和->但可以使用 lock 获得一个可用的 shared_ptr 对象. 注意, weak_ptr 在使用前需要检查合法性.

expired 用于检测所管理的对象是否已经释放, 如果已经释放, 返回 true; 否则返回 false.
lock 用于获取所管理的对象的强引用(shared_ptr). 如果 expired 为 true, 返回一个空的 shared_ptr; 否则返回一个 shared_ptr, 其内部对象指向与 weak_ptr 相同.
use_count 返回与 shared_ptr 共享的对象的引用计数.
reset 将 weak_ptr 置空.
weak_ptr 支持拷贝或赋值, 但不会影响对应的 shared_ptr 内部对象的计数.

使用 weak_ptr 解决 shared_ptr 因循环引有不能释放资源的问题

使用 shared_ptr 时, shared_ptr 为强引用, 如果存在循环引用, 将导致内存泄露. 而 weak_ptr 为弱引用, 可以避免此问题, 其原理:
　　对于弱引用来说, 当引用的对象活着的时候弱引用不一定存在. 仅仅是当它存在的时候的一个引用, 弱引用并不修改该对象的引用计数, 这意味这弱引用它并不对对象的内存进行管理.
　　weak_ptr 在功能上类似于普通指针, 然而一个比较大的区别是, 弱引用能检测到所管理的对象是否已经被释放, 从而避免访问非法内存。
注意: 虽然通过弱引用指针可以有效的解除循环引用, 但这种方式必须在程序员能预见会出现循环引用的情况下才能使用, 也可以是说这个仅仅是一种编译期的解决方案, 如果程序在运行过程中出现了循环引用, 还是会造成内存泄漏.

         class CB;
        class CA;
     
        class CA
        {
        public:
            CA(){}
            ~CA(){PRINT_FUN();}
     
            void Register(const std::shared_ptr<CB>& sp)
            {
                m_spb = sp;
            }
     
        private:
            std::weak_ptr<CB> m_spb;
        };
     
        class CB
        {
        public:
            CB(){};
            ~CB(){PRINT_FUN();};
     
            void Register(const std::shared_ptr<CA>& sp)
            {
                m_spa = sp;
            }
     
        private:
            std::shared_ptr<CA> m_spa;
        };
     
        std::shared_ptr<CA> spa(new CA);
        std::shared_ptr<CB> spb(new CB);
     
        spb->Register(spa);
        spa->Register(spb);
        printf("%d
", spb.use_count()); // 1
        printf("%d
", spa.use_count()); // 2

 另一个循环依赖的例子,来自<C++标准库(第2版)>

class Person : public enable_shared_from_this<Person>
{
public:
    Person(const string& name)
        : m_name {name}
    {
    }

    ~Person()
    {
        cout << "release " << m_name << endl;
    }

    string getName() const
    {
        return m_name;
    }

    void setFather(shared_ptr<Person> f)
    {
        m_father = f;
        if (f)
        {
            f->m_kids.push_back(shared_from_this());
        }
    }

    void setMother(shared_ptr<Person> m)
    {
        m_mother = m;
        if (m)
        {
            m->m_kids.push_back(shared_from_this());
        }
    }

    shared_ptr<Person> getKid(size_t idx)
    {
        if (idx < m_kids.size())
        {
            weak_ptr<Person> p = m_kids.at(idx);
            if (!p.expired())
            {
                return p.lock();
            }
        }
        return nullptr;
    }

private:
    string                        m_name;
    shared_ptr<Person>            m_father;
    shared_ptr<Person>            m_mother;
    //vector<shared_ptr<Person>>    m_kids; // 循环依赖
    vector<weak_ptr<Person>>      m_kids;
};


// 测试代码
    shared_ptr<Person> jack {make_shared<Person>("Jack")};
    shared_ptr<Person> lucy {make_shared<Person>("Lucy")};
    shared_ptr<Person> john {make_shared<Person>("John")};
    john->setFather(jack);
    john->setMother(lucy);

    auto p = jack->getKid(0);
    if (p)
    {
        cout << p->getName() << endl;
    }

VC中的源码实现

template<class _Ty>
class weak_ptr
    : public _Ptr_base<_Ty>
{    // class for pointer to reference counted resource
    typedef typename _Ptr_base<_Ty>::_Elem _Elem;

public:
    weak_ptr()
    {    // construct empty weak_ptr object
    }

    template<class _Ty2>
    weak_ptr(const shared_ptr<_Ty2>& _Other,
        typename enable_if<is_convertible<_Ty2 *, _Ty *>::value,
        void *>::type * = 0)
    {    // construct weak_ptr object for resource owned by _Other
        this->_Resetw(_Other);
    }

    weak_ptr(const weak_ptr& _Other)
    {    // construct weak_ptr object for resource pointed to by _Other
        this->_Resetw(_Other);
    }

    template<class _Ty2>
    weak_ptr(const weak_ptr<_Ty2>& _Other,
        typename enable_if<is_convertible<_Ty2 *, _Ty *>::value,
        void *>::type * = 0)
    {    // construct weak_ptr object for resource pointed to by _Other
        this->_Resetw(_Other);
    }

    ~weak_ptr()
    {    // release resource
        this->_Decwref();
    }

    weak_ptr& operator=(const weak_ptr& _Right)
    {    // assign from _Right
        this->_Resetw(_Right);
        return (*this);
    }

    template<class _Ty2>
    weak_ptr& operator=(const weak_ptr<_Ty2>& _Right)
    {    // assign from _Right
        this->_Resetw(_Right);
        return (*this);
    }

    template<class _Ty2>
    weak_ptr& operator=(shared_ptr<_Ty2>& _Right)
    {    // assign from _Right
        this->_Resetw(_Right);
        return (*this);
    }

    void reset()
    {    // release resource, convert to null weak_ptr object
        this->_Resetw();
    }

    void swap(weak_ptr& _Other)
    {    // swap pointers
        this->_Swap(_Other);
    }

    bool expired() const
    {    // return true if resource no longer exists
        return (this->_Expired());
    }

    shared_ptr<_Ty> lock() const
    {    // convert to shared_ptr
        return (shared_ptr<_Elem>(*this, false));
    }
};