智能指针boost::weak_ptr 详解

1、boost::weak_ptr简介
boost::weak_ptr属于boost库，定义在namespace boost中，包含头文件 #include<boost/weak_ptr.hpp>便可以使用。
2、boost::weak_ptr详解
智能指针boost::scope_ptr和智能指针boost::shared_ptr就完全可以解决所有单个对象内存的管理问题。
这儿咋还多出一个boost::weak_ptr，是否还有某些案例我们没有考虑到呢？
回答：有。首先 boost::weak_ptr是专门为boost::shared_ptr而准备的。
有时候，我们只关心能否使用对象，并不关心内部的引用计数。
boost::weak_ptr是 boost::shared_ptr的观察者（Observer）对象，观察者？观察者怎么理解呢？
观察者意味着boost::weak_ptr只对boost::shared_ptr进行引用，而不改变其引用计数。
当被观察的boost::shared_ptr失效后，相应的boost::weak_ptr也随之失效。
那么，为什么需要这个观察者呢？那还得从循环引用谈起。
引用计数是一种便利的内存管理机制，但它有一个很大的缺点，那就是不能管理循环引用的对象。
示例代码如下：

 1 #include <iostream> 2 #include <boost/shared_ptr.hpp> 3 #include <boost/weak_ptr.hpp> 4  5 class parent; 6 class children; 7  8 typedef boost::shared_ptr<parent> parent_ptr; 9 typedef boost::shared_ptr<children> children_ptr;10 11 class parent12 {13 public:14     ~parent() { std::cout <<"destroying parent\n"; }15 16 public:17     children_ptr children;18 };19 20 class children21 {22 public:23     ~children() { std::cout <<"destroying children\n"; }24 25 public:26     parent_ptr parent;27 };28 29 30 void test()31 {32     parent_ptr father(new parent());33     children_ptr son(new children);34 35     father->children = son;36     son->parent = father;37 }38 39 void main()40 {41     std::cout<<"begin test...\n";42     test();43     std::cout<<"end test.\n";44 }

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运行该程序可以看到：即使退出了test函数后，由于parent和children对象互相引用，它们的引用计数都是1，不能自动释放，并且此时这两个对象再无法访问到。
这也就引起了C++中那臭名昭著的内存泄漏。
<1>一般来讲，解除这种循环引用有下面有三种可行的方法：
1. 当只剩下最后一个引用的时候需要手动打破循环引用释放对象。
2. 当parent的生存期超过children的生存期的时候，children改为使用一个普通指针指向parent。
3. 使用弱引用的智能指针打破这种循环引用。
虽然这三种方法都可行，但方法1和方法2都需要程序员手动控制，麻烦且容易出错。
下面主要介绍一下第三种方法和boost中的弱引用的智能指针boost::weak_ptr。
<2>什么是强引用和弱引用？
一个强引用是指当被引用的对象仍活着的话，这个引用也存在（也就是说，只要至少有一个强引用，那么这个对象就不会也不能被释放）。boost::share_ptr就是强引用。
相对而言，弱引用当引用的对象活着的时候不一定存在。仅仅是当它自身存在的时的一个引用。
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。
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。
boost::weak_ptr boost::weak_ptr是boost提供的一个弱引用的智能指针，它的声明可以简化如下：

 1 namespace boost  2 { 3 template<typename T> class weak_ptr 4 { 5 public: 6     template <typename Y> 7     weak_ptr(const shared_ptr<Y>& r); 8  9     weak_ptr(const weak_ptr& r);10     11     ~weak_ptr();12 13     T* get() const; 14     bool expired() const; 15     shared_ptr<T> lock() const;16 }; 17 }

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可以看到，boost::weak_ptr必须从一个boost::share_ptr或另一个boost::weak_ptr转换而来，这也说明，进行该对象的内存管理的是那个强引用的boost::share_ptr。
boost::weak_ptr只是提供了对管理对象的一个访问手段。
boost::weak_ptr除了对所管理对象的基本访问功能（通过get()函数）外，还有两个常用的功能函数：
1. expired() 用于检测所管理的对象是否已经释放；
2. lock() 用于获取所管理的对象的强引用指针。
<3>通过boost::weak_ptr来打破循环引用
由于弱引用不更改引用计数，类似普通指针，只要把循环引用的一方使用弱引用，即可解除循环引用。
对于上面的那个例子来说，只要把children的定义改为如下方式，即可解除循环引用：

1 class children2 {3 public:4     ~children() { std::cout <<"destroying children\n"; }5 6 public:7     boost::weak_ptr<parent> parent;8 };

【3】boost::weak_ptr总结
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的。
因此，不要认为只要使用了智能指针便能杜绝内存泄漏。
毕竟，对于C++来说，由于没有垃圾回收机制，内存泄漏对每一个程序员来说都是一个非常头痛的问题。