weak 智能指针

Boost智能指针——weak_ptr




循环引用：


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。一个简单的例子如下：


#include <string>
#include <iostream>
#include <boost/shared_ptr.hpp>
#include <boost/weak_ptr.hpp>


class parent;
class children;


typedef boost::shared_ptr<parent> parent_ptr;
typedef boost::shared_ptr<children> children_ptr;


class parent
{
public:
    ~parent() { std::cout <<"destroying parent\n"; }


public:
    children_ptr children;
};


class children
{
public:
    ~children() { std::cout <<"destroying children\n"; }


public:
    parent_ptr parent;
};




void test()
{
    parent_ptr father(new parent());
    children_ptr son(new children);


    father->children = son;
    son->parent = father;
}


void main()
{
    std::cout<<"begin test...\n";
    test();
    std::cout<<"end test.\n";
}


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。这就引起了c++中那臭名昭著的内存泄漏。


一般来讲，解除这种循环引用有下面有三种可行的方法：


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。
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。
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。这里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。


强引用和弱引用


一个强引用当被引用的对象活着的话，这个引用也存在（就是说，当至少有一个强引用，那么这个对象就不能被释放）。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，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<T>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：


namespace boost {


    template<typename T> class weak_ptr {
    public:
        template <typename Y>
        weak_ptr(const shared_ptr<Y>& r);


        weak_ptr(const weak_ptr& r);


        ~weak_ptr();


        T* get() const; 
        bool expired() const; 
        shared_ptr<T> lock() const;
    }; 
}


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：expired()用于检测所管理的对象是否已经释放；lock()用于获取所管理的对象的强引用指针。


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：


class children
{
public:
    ~children() { std::cout <<"destroying children\n"; }


public:
    boost::weak_ptr<parent> parent;
};


最后值得一提的是,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。



Boost智能指针——weak_ptr

循环引用：

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。一个简单的例子如下：

#include <string>

#include <iostream>

#include <boost/shared_ptr.hpp>

#include <boost/weak_ptr.hpp>

class parent;

class children;

typedef boost::shared_ptr<parent> parent_ptr;

typedef boost::shared_ptr<children> children_ptr;

class parent

{

public:

    ~parent() { std::cout <<"destroying parent\n"; }

public:

    children_ptr children;

};

class children

{

public:

    ~children() { std::cout <<"destroying children\n"; }

public:

    parent_ptr parent;

};

void test()

{

    parent_ptr father(new parent());

    children_ptr son(new children);

    father->children = son;

    son->parent = father;

}

void main()

{

    std::cout<<"begin test...\n";

    test();

    std::cout<<"end test.\n";

}

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。这就引起了c++中那臭名昭著的内存泄漏。

一般来讲，解除这种循环引用有下面有三种可行的方法：

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。

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。

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。这里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。

强引用和弱引用

一个强引用当被引用的对象活着的话，这个引用也存在（就是说，当至少有一个强引用，那么这个对象就不能被释放）。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，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<T>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：

namespace boost {

    template<typename T> class weak_ptr {

    public:

        template <typename Y>

        weak_ptr(const shared_ptr<Y>& r);

        weak_ptr(const weak_ptr& r);

        ~weak_ptr();

        T* get() const; 

        bool expired() const; 

        shared_ptr<T> lock() const;

    }; 

}

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：expired()用于检测所管理的对象是否已经释放；lock()用于获取所管理的对象的强引用指针。

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：

class children

{

public:

    ~children() { std::cout <<"destroying children\n"; }

public:

    boost::weak_ptr<parent> parent;

};

最后值得一提的是,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。