智能指针与弱指针解决循环引用

       当我们学会使用智能指针的时候，会发现他有很多好处，但库里面提供的智能指针shared_ptr也并不是万能的，他会存在循环引用的问题，下面我们就通过实例来具体分析循环引用这种情况。

struct  Node{Node( const T&data):_data(data), _Pre(NULL) ,_Pnext(NULL){}shared_ptr<Node<T>> _Pre;shared_ptr<Node<T>> _Pnext;T _data;~Node(){cout << "~Node()" << endl;}};void FunTest(){    shared_ptr<Node<int>> sp1(new Node<int>(10));    shared_ptr<Node<int>> sp2(new Node<int>(20));cout << sp1.use_count() << endl;cout << sp2.use_count() << endl;sp1->_Pnext = sp2;sp2->_Pre = sp1;cout << sp1.use_count() << endl;cout << sp2.use_count() << endl;}int main(){FunTest();getchar();return 0;}

       在这个例子中，我们自定义了一个节点类型Node,它包含两个智能指针，一个_Pnext指向下一个节点，另一个_Pre指向前一个节点，还包含值域data,并且给出了它的构造函数和析构函数，在析构函数中打印析构函数名，以测试是否调用，在FunTest()函数中又通过智能指针创建了两个节点对象sp1和sp2.然后分别打印sp1和sp2的引用计数，在这里下一个断点，观察程序运行结果。

接下来，把两个节点连接起来。再打印它们的引用计数。

出了FunTest函数的作用域，两个对象应该被销毁，来看看程序 运行结果。

并没有打印出析构函数名，这就说明析构函数没有被调用，这就存在内存泄漏，而这种情况就是因为循环引用造成的，为了解释循环引用的原理，我们先分析shared_ptr的构造原理。

我们通过跟进库函数一步一步得知它的结构如下。

      利用上图我们来理解shaerd_ptr的结构，它首先公有继承自一个基类_Ptr_base,这个基类包含了两个成员，一个是T*_Ptr,另外一个是_Ref_count_base类型的指针_Rep,通过查看定义我们查看了_Ref_count_base这个基类的结构，他是一个抽象类，它有两个成员_Uses和_Weaks,不难发现，他们就是引用计数，并且在构造这个基类时这俩引用计数都置为1。

        并且在库里面有三个类继承自这个基类。_Ref_count只有一个_Ptr，他有两个销毁函数_Dsetroy()和_Delete_this()，_Ref_count_del是带定制删除器的引用计数类，它销毁空间时需要调用定制删器即可。而_Ref_count_del_alloc是带有删除器和空间配置器的引用计数类。_Ptr最后指向节点空间，_Ref_count_base*Ref这个基类指针最后指向引用计数的对象。

下面是sp1的构造过程：

1.申请出节点空间。

2.调用shared_ptr的构造函数。

3.构造基类_Ptr_base,使_Ptr指向节点空间，new出引用计数_Ref_count。

4.构造引用计数,先构造引用计数的基类使_Uses和_Weaks为1。

5.构造引用计数_Ref_count的_ptr使其指向节点空间。

当我们将两个节点连接起来之后，sp1和sp2的引用计数_Uses都将增加为2，出了函数的作用域，先销毁sp2，将它的引用计数减为1，不为0；变量销毁，而节点空间并没有释放。同样的销毁sp1时，引用计数减为1不为0，销毁变量，空间没有释放。这两个对象相互咬着谁都不肯放。这就是循环引用。怎么解决这个问题呢，我们采用的是weak_ptr，注意：weak_ptr不能单独使用管理空间，我们将代码重写如下。

#include<iostream>#include<memory>using namespace std;template<class T>struct  Node{Node(const T&data):_data(data){}weak_ptr<Node<T>> _Pre;weak_ptr<Node<T>> _Pnext;T _data;~Node(){cout << "~Node():" <<this<< endl;}};void FunTest(){    shared_ptr<Node<int>> sp1(new Node<int>(10));    shared_ptr<Node<int>> sp2(new Node<int>(20));cout << sp1.use_count() << endl;cout << sp2.use_count() << endl;sp1->_Pnext = sp2;sp2->_Pre = sp1;cout << sp1.use_count() << endl;cout << sp2.use_count() << endl;}int main(){FunTest();getchar();return 0;}

这次我们观察运行结果。

两个节点成功的被销毁，下面我们来看看weak_ptr的构成以及原理。

1.首先weak_ptr和shared_ptr一样都是共有继承自_Ptr_base。

2.它和shared_ptr的构造大体上相同，不过在增加引用计数的值时，shared_ptr是增加_Uses的值，而weak_ptr是增加_Weaks的值。同样在类对象销毁时，share_ptr通过_Uses减1是否为0来判断是否销毁，而weak_ptr是通过_Weak减1是否为0来判断。

这是两个节点的连接过程的示意图：

下面我们来一步步看连接过程：（ref为引用计数）

1.sp1的_Pnext中的ptr指向第二个节点，sp1的引用计数ref和sp2的引用计数共用，此时保持sp2引用计数中的Uses1不变，使Weaks增加为2;

2.同样的，使sp2中的_Pre的ptr指向第一个节点，然后让它的ref共用第sp1的引用计数，使sp1引用计数中的Uses不变，Weaks变为2;

出了函数的作用域，来销毁节点：

1.让sp2引用计数中的Uses从1减为0，调用sp2的析构函数，将sp2节点销毁。

2.sp2被销毁，所以它其中的_Pre也被销毁，因为sp2中_Pre被sp1所引用，所以为sp1的引用计数中的Weaks从2减为1；

3.sp2引用计数中Weaks从2减为1不为0，所以sp2的引用计数空间不会被销毁；

4.销毁sp1，sp1的Uses从1减为0，销毁sp1这个节点，调用sp1的析构函数；

5.sp1被销毁，sp1中的_PNext也被销毁，因为sp1的_PNext被sp2所引用，所以sp1中的Weak减1为0，销毁sp2的引用计数空间；

6，sp1的Weks从1减为0，销毁sp1的引用计数空间；

就这样，四块空间被销毁，避免了循环引用带来的内存泄漏问题。