C++中Boost的智能指針weak_ptr

Posted on by

循環引用：

引用計數是一種便利的內存管理機制，但它有一個很大的缺點，那就是不能管理循環引用的對象。一個簡單的例子如下：

#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";
}

運行該程序可以看到，即使退出瞭test函數後，由於parent和children對象互相引用，它們的引用計數都是1，不能自動釋放，並且此時這兩個對象再無法訪問到。這就引起瞭c++中那臭名昭著的內存泄漏。

一般來講，解除這種循環引用有下面有三種可行的方法：

  • 當隻剩下最後一個引用的時候需要手動打破循環引用釋放對象。

  • 當parent的生存期超過children的生存期的時候，children改為使用一個普通指針指向parent。

  • 使用弱引用的智能指針打破這種循環引用。

雖然這三種方法都可行，但方法1和方法2都需要程序員手動控制，麻煩且容易出錯。這裡主要介紹一下第三種方法和boost中的弱引用的智能指針boost::weak_ptr。

強引用和弱引用

一個強引用當被引用的對象活著的話，這個引用也存在（就是說，當至少有一個強引用，那麼這個對象就不能被釋放）。boost::share_ptr就是強引用。

相對而言，弱引用當引用的對象活著的時候不一定存在。僅僅是當它存在的時候的一個引用。弱引用並不修改該對象的引用計數，這意味這弱引用它並不對對象的內存進行管理，在功能上類似於普通指針，然而一個比較大的區別是，弱引用能檢測到所管理的對象是否已經被釋放，從而避免訪問非法內存。

boost::weak_ptr

boost::weak_ptr<T>是boost提供的一個弱引用的智能指針，它的聲明可以簡化如下：

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必須從一個boost::share_ptr或另一個boost::weak_ptr轉換而來，這也說明，進行該對象的內存管理的是那個強引用的boost::share_ptr。boost::weak_ptr隻是提供瞭對管理對象的一個訪問手段。

boost::weak_ptr除瞭對所管理對象的基本訪問功能（通過get()函數）外，還有兩個常用的功能函數：expired()用於檢測所管理的對象是否已經釋放；lock()用於獲取所管理的對象的強引用指針。

通過boost::weak_ptr來打破循環引用

由於弱引用不更改引用計數，類似普通指針，隻要把循環引用的一方使用弱引用，即可解除循環引用。對於上面的那個例子來說，隻要把children的定義改為如下方式，即可解除循環引用：

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

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

最後值得一提的是,雖然通過弱引用指針可以有效的解除循環引用，但這種方式必須在程序員能預見會出現循環引用的情況下才能使用，也可以是說這個僅僅是一種編譯期的解決方案，如果程序在運行過程中出現瞭循環引用，還是會造成內存泄漏的。因此，不要認為隻要使用瞭智能指針便能杜絕內存泄漏。畢竟，對於C++來說，由於沒有垃圾回收機制，內存泄漏對每一個程序員來說都是一個非常頭痛的問題。

以上就是本文的全部內容，希望對大傢的學習有所幫助，也希望大傢多多支持WalkonNet。

推薦閱讀：