C++智能指针weak_ptr创建和使用详解

 更新时间:2026年03月24日 16:00:19   作者:TTTrees  
std::weak_ptr是C++标准库中的一个智能指针类,用于解决std::shared_ptr可能引发的循环引用问题,本文介绍C++智能指针weak_ptr创建和使用,感兴趣的朋友跟随小编一起看看吧

std::weak_ptr 是 C++ 标准库中的一个智能指针类,用于解决 std::shared_ptr 可能引发的循环引用问题。循环引用可能导致内存泄漏,因为引用计数无法降为零,从而无法释放对象。

std::weak_ptr是一种弱引用,它允许你观测由 std::shared_ptr 管理的对象,但不会增加对象的引用计数。换句话说,std::weak_ptr 不拥有所指向对象的所有权,因此不会影响对象的生命周期。当 std::shared_ptr 管理的对象被销毁后,对应的 std::weak_ptr 会自动失效,指向空值。

weak_ptr 创建和使用

  1. 我们不会直接创建 weak_ptr 去管理动态对象
  2. weak_ptr 只能通过 shared_ptr 对象创建
  3. weak_ptr 引用 shared_ptr 对象时,并不会增加引用计数
  4. weak_ptr 不直接操作 shared_ptr 管理的对象,但允许间接操作 shared_ptr 管理的对象
#if 1
#include <iostream>
using namespace std;
class Person
{
public:
    Person(int, int)
    {
        cout << "构造函数" << endl;
    }
    void show()
    {
        cout << "Person::show 函数" << endl;
    }
    ~Person()
    {
        cout << "析构函数" << endl;
    }
};
void test()
{
    // weak_ptr 是对 shared_ptr 的辅助,其自身并不拥有资源所有权
    shared_ptr<Person> sp1 = make_shared<Person>(10, 20);
    // 通过拷贝 shared_ptr 对象创建 weak_ptr 对象
    weak_ptr<Person> wp1(sp1);
    // weak_ptr 使用时,不能直接访问对象成员
    // 必须使用 lock 方法返回一个 shared_ptr 对象(会增加引用)
    if (wp1.expired())
    {
        return;
    }
    auto sp2 = wp1.lock();
    sp2->show();
    // 可以将 shared_ptr 赋值给 weak_ptr 对象
    weak_ptr<Person> wp2;
    wp2 = sp1;
    // weak_ptr 相当于一个不增加引用的 shared_ptr
    cout << "sp1:" << sp1.use_count() << endl;
    cout << "sp2:" << sp2.use_count() << endl;
    cout << "wp1:" << wp1.use_count() << endl;
    cout << "wp2:" << wp2.use_count() << endl;
}
int main()
{
    test();
    return 0;
}
#endif
构造函数
Person::show 函数
sp1:2
sp2:2
wp1:2
wp2:2
析构函数

shared_ptr 引用计数的缺陷

shared_ptr 以引用计数机制实现了对象共享,但是,引用计数机制本身存在一个自身难以解决的问题:循环引用

#if 1
#include <iostream>
using namespace std;
// 双向链表节点
class LinkNode
{
public:
    LinkNode(int value)
    {
        cout << "LinkNode 构造函数" << endl;
        data = value;
    }
    ~LinkNode()
    {
        cout << "LinkNode 析构函数" << endl;
    }
public:
    int data;
    shared_ptr<LinkNode> prev;
    shared_ptr<LinkNode> next;
};
void test()
{
    // 创建两个链表节点
    shared_ptr<LinkNode> node1(new LinkNode(10));
    shared_ptr<LinkNode> node2(new LinkNode(20));
    // 建立节点之间的关系
    node1->next = node2;
    node2->prev = node1;
}
int main()
{
    test();
    return 0;
}
#endif

我们对链表节点使用 shared_ptr 进行了管理,防止出现忘记释放而导致的内存泄漏。但是,通过程序运行的结果看到,两个 LinkNode 只调用了构造函数,并没有调用析构函数,出现了内存泄漏产生。

这是由于什么原因导致的呢?

  1. 由于循环引用,导致两个 LinkNode 关联的引用计数为 2
  2. 当 test 函数生命周期结束,node1 和 node2 的析构函数调用,两个 LinkNode 对象引用计数 -1,引用计数为 1
  3. 只有当 LinkNode 实际被销毁时,才会调用 prev 和 next 的析构函数。

第 2、3 点是一对矛盾的存在:

  1. 只有 prev 和 next 被销毁,LinkNode 才会被真正释放
  2. 只有两个 LinkNode 被释放,prev 和 next 才会被销毁

weak_ptr 使用示例

当一个对象持有对另一个对象的引用,而后者又持有对前者的引用时,就会产生循环引用。所以,要打破这种循环的话,可以使用在发生循环引用的地方使用弱引用。

#if 1
#include <iostream>
using namespace std;
// 双向链表节点
class LinkNode
{
public:
    LinkNode(int value)
    {
        cout << "LinkNode 构造函数" << endl;
        data = value;
    }
    ~LinkNode()
    {
        cout << "LinkNode 析构函数" << endl;
    }
public:
    int data;
    // 使用 weak_ptr 代替 shared_ptr
    weak_ptr<LinkNode> prev;
    weak_ptr<LinkNode> next;
};
void test()
{
    // 创建两个链表节点
    shared_ptr<LinkNode> node1(new LinkNode(10));
    shared_ptr<LinkNode> node2(new LinkNode(20));
    // 建立节点之间的关系
    node1->next = node2;
    node2->prev = node1;
}
int main()
{
    test();
    return 0;
}
#endif

到此这篇关于C++智能指针weak_ptr创建和使用详解的文章就介绍到这了,更多相关C++ weak_ptr使用内容请搜索脚本之家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脚本之家!

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