weak_ptr打破环状引用

    weak_ptr是一种不控制对象生存周期的智能指针，它指向一个shared_ptr管理的对象...它不会改变shared_ptr的引用计数——《C++ Primer .5th》。很明显，weak_ptr的特点是“弱引用”。有什么用？应用场景是什么地方？

    考虑它的胞兄shared_ptr，每次复制之后引用计数加一，不再指向对象（自身销毁或指向其他对象）时时引用计数减一，减至零值调用所管理资源对象的析构函数。考虑这样一个情况，两个对象各自包含指向彼此的shared_ptr成员，形成环状引用，引用计数永远为1，不能销毁，造成内存泄漏。

//x86_64 win7_64 vs2013 ultimate#include <iostream>#include <string>#include <memory>using namespace std;class A;class B;class A{public:~A(){ cout << "destroying A\n" ; }shared_ptr<B> pb;};class B{public:~B(){ cout << "destroying B\n" ; }shared_ptr<A> pa;};void test(){shared_ptr<A> a(new A());shared_ptr<B> b(new B());a->pb = b;b->pa = a;}int main(){cout << "begin test...\n";test();cout << "end test\n";}output:begin test...end test请按任意键继续. . . 

    在函数test()中便是刚才提到的情形，A、B的对象分别被彼此的shared_ptr所引用，离开test（）作用域后，A、B对象再也不能被用户访问，因为智能指针a、b被销毁了，但是各自引用计数为1，两个对象的内存再也不会被释放，可怕的内存泄漏就此产生。

    那么weak_ptr对此又有帮助呢？考虑如果将B中的智能指针换成weak_ptr<A>，回过头看test（）里发生了什么？首先shared_ptr版本的a、b初始化，引用计数各自为1，然后将b赋值给A中的shared_ptr，B对象引用计数变为2，将a赋值给B中的weak_ptr，此操作不改变shared_ptr<A>的引用计数，依旧为1。退出test作用域，a、b析构，B引用计数变为1，A的引用计数为0。A的析构函数被调用，A中的shared_ptr<B>也被销毁，即B的引用计数再次减1变为0，调用B的析构函数。此时，内存已经被全部回收。

class B{public:~B(){ cout << "destroying B\n" << endl; }weak_ptr<A> pa;};output:begin test...destroying Adestroying Bend test请按任意键继续. . .

    实际用用的例子，想象在一个tree结构中，父节点通过一个共享所有权的引用(chared_ptr)引用子节点，同时子节点又必须持有父节点的引用。如果这第二个引用也共享所有权，就会导致一个循环，最终两个节点内存都无法释放。

以下是weak_ptr的接口函数：

(constructor)

Construct weak_ptr (public member function)

(destructor)

Destroy weak_ptr (public member function)

operator=

weak_ptr assignment (public member function)

swap

Swap content (public member function)

reset

Reset pointer (public member function)

use_count

Use count (public member function)

expired

Check if expired (public member function)

lock

Lock and restore weak_ptr (public member function)

owner_before

Owner-based ordering (public member function template)

    因为weak_ptr和对象生存周期无关，所以我们在操作一个此时并不清楚对象是否存在（未析构）情况时特别有用：

weak_ptr<int> wpi;void f(){if (auto p = wpi.lock()){cout << *p << endl;}else{cout << "wpi is expired.\n" ;}}int main(){{auto sp = make_shared<int>(42);wpi = sp;f();}f();}output:42wpi is expired.请按任意键继续. . .

    由此可以推测出，在多线程编程中，当多个线程操作共享的资源对象，weak_ptr扮演着非常重要的角色。