C++11智能指针之weak_ptr详解

如题，我们今天要讲的是 C++11 引入的三种智能指针中的：weak_ptr。

在学习 weak_ptr 之前最好对 shared_ptr 有所了解。如果你还不知道 shared_ptr 是何物，可以看看另一篇文章：

【C++11新特性】 C++11智能指针之shared_ptr

1、为什么需要weak_ptr？

在正式介绍weak_ptr之前，我们先来回忆一下shared_ptr的一些知识。

我们知道shared_ptr是采用引用计数的智能指针，多个shared_ptr实例可以指向同一个动态对象，并维护了一个共享的引用计数器。

对于引用计数法实现的计数，总是避免不了循环引用（或环形引用）的问题，shared_ptr也不例外。

我们先来看看下面这个例子：

#include <iostream>
#include <memory>
#include <vector>
using namespace std;

class ClassB;

class ClassA
{
public:
 ClassA() { cout << "ClassA Constructor..." << endl; }
 ~ClassA() { cout << "ClassA Destructor..." << endl; }
 shared_ptr<ClassB> pb; // 在A中引用B
};

class ClassB
{
public:
 ClassB() { cout << "ClassB Constructor..." << endl; }
 ~ClassB() { cout << "ClassB Destructor..." << endl; }
 shared_ptr<ClassA> pa; // 在B中引用A
};

int main() {
 shared_ptr<ClassA> spa = make_shared<ClassA>();
 shared_ptr<ClassB> spb = make_shared<ClassB>();
 spa->pb = spb;
 spb->pa = spa;
 // 函数结束，思考一下：spa和spb会释放资源么？
}

上面代码的输出如下：

ClassA Constructor...
ClassB Constructor...
Program ended with exit code: 0

从上面代码中，ClassA和ClassB间存在着循环引用，从运行结果中我们可以看到：当main函数运行结束后，spa和spb管理的动态资源并没有得到释放，产生了内存泄露。

为了解决类似这样的问题，C++11引入了weak_ptr，来打破这种循环引用。

2、weak_ptr是什么？

weak_ptr 是为了配合 shared_ptr 而引入的一种智能指针，它指向一个由 shared_ptr 管理的对象而不影响所指对象的生命周期，也就是将一个 weak_ptr 绑定到一个 shared_ptr 不会改变 shared_ptr 的引用计数。

不论是否有 weak_ptr 指向，一旦最后一个指向对象的 shared_ptr 被销毁，对象就会被释放。

从这个角度看，weak_ptr更像是shared_ptr的一个助手而不是智能指针。

3、weak_ptr如何使用？

接下来，我们来看看weak_ptr的简单用法。

3.1如何创建weak_ptr实例

当我们创建一个weak_ptr时，需要用一个 shared_ptr 实例来初始化 weak_ptr，由于是弱共享，weak_ptr 的创建并不会影响 shared_ptr 的引用计数值。

示例：

int main() {
 shared_ptr<int> sp(new int(5));
 cout << "创建前sp的引用计数：" << sp.use_count() << endl; // use_count = 1

 weak_ptr<int> wp(sp);
 cout << "创建后sp的引用计数：" << sp.use_count() << endl; // use_count = 1
}

3.2如何判断weak_ptr指向对象是否存在

既然weak_ptr并不改变其所共享的shared_ptr实例的引用计数，那就可能存在weak_ptr指向的对象被释放掉这种情况。

这时，我们就不能使用weak_ptr直接访问对象。那么我们如何判断weak_ptr指向对象是否存在呢？

C++中提供了lock函数来实现该功能。

如果对象存在，lock()函数返回一个指向共享对象的shared_ptr，否则返回一个空shared_ptr。

示例：

class A
{
public:
 A() : a(3) { cout << "A Constructor..." << endl; }
 ~A() { cout << "A Destructor..." << endl; }

 int a;
};

int main() {
 shared_ptr<A> sp(new A());
 weak_ptr<A> wp(sp);
 //sp.reset();

 if (shared_ptr<A> pa = wp.lock())
 {
 cout << pa->a << endl;
 }
 else
 {
 cout << "wp指向对象为空" << endl;
 }
}

试试把sp.reset()这行的注释去掉看看结果有什么不同。

除此之外，weak_ptr还提供了expired()函数来判断所指对象是否已经被销毁。

示例：

class A
{
public:
 A() : a(3) { cout << "A Constructor..." << endl; }
 ~A() { cout << "A Destructor..." << endl; }

 int a;
};

int main() {
 shared_ptr<A> sp(new A());
 weak_ptr<A> wp(sp);
 sp.reset(); // 此时sp被销毁
 cout << wp.expired() << endl; // true表示已被销毁，否则为false
}

代码输入如下：

A Constructor...
A Destructor...
1

3.3如何使用weak_ptr

weak_ptr并没有重载 operator->和 operator *操作符，因此不可直接通过weak_ptr使用对象，典型的用法是调用其lock函数来获得shared_ptr示例，进而访问原始对象。

最后，我们来看看如何使用weak_ptr来改造最前面的代码，打破循环引用问题。

class ClassB;

class ClassA
{
public:
 ClassA() { cout << "ClassA Constructor..." << endl; }
 ~ClassA() { cout << "ClassA Destructor..." << endl; }
 weak_ptr<ClassB> pb; // 在A中引用B
};

class ClassB
{
public:
 ClassB() { cout << "ClassB Constructor..." << endl; }
 ~ClassB() { cout << "ClassB Destructor..." << endl; }
 weak_ptr<ClassA> pa; // 在B中引用A
};

int main() {
 shared_ptr<ClassA> spa = make_shared<ClassA>();
 shared_ptr<ClassB> spb = make_shared<ClassB>();
 spa->pb = spb;
 spb->pa = spa;
 // 函数结束，思考一下：spa和spb会释放资源么？
}

输出结果如下：

ClassA Constructor...
ClassB Constructor...
ClassA Destructor...
ClassB Destructor...
Program ended with exit code: 0

从运行结果可以看到spa和spb指向的对象都得到释放！

总结

到此这篇关于C++11智能指针之weak_ptr详解的文章就介绍到这了,更多相关C++11智能指针 weak_ptr内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！