weak_ptr是如何工作的？

Question

weak_ptr是如何工作的？

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我知道如何使用weak_ptr和shared_ptr。我知道shared_ptr是通过计算其对象中引用的数量来工作的。那么weak_ptr是如何工作的呢？我尝试阅读了boost源代码，但我对boost不够熟悉，无法理解它使用的所有内容。

谢谢。

- Oliver Zheng

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另请参见：共享指针是如何工作的？ - James McNellis

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请参阅shared_ptr实现注意事项。 - ks1322

2个回答

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基本上，"weak_ptr" 是一个普通的 "T*" 指针，它允许你在代码中稍后恢复一个强引用，即 "shared_ptr"。

就像一个普通的 T* 一样，weak_ptr 不执行任何引用计数。内部上，为了支持任意类型 T 的引用计数，STL（或者其他实现这种逻辑的库）创建了一个我们称之为 "Anchor" 的包装对象。"Anchor" 的存在仅仅是为了实现我们所需的引用计数和 "当计数为零时调用 delete" 行为。

在强引用中，shared_ptr 实现了其拷贝、赋值运算符、构造函数、析构函数和其他相关 API 来更新 "Anchor" 的引用计数。这就是 shared_ptr 如何确保你的 "T" 存活的时间恰好与有人使用它的时间一样长。而在 "weak_ptr" 中，这些相同的 API 只是简单地复制实际的 Anchor 指针。它们不会更新引用计数。

这就是为什么 "weak_ptr" 最重要的 API 是 "expired" 和命名不佳的 "lock"。"Expired" 告诉你底层对象是否仍然存在-即 "它是否已经因为所有强引用超出作用域而被删除？"。"Lock"（如果可能的话）将 weak_ptr 转换为强引用 shared_ptr，恢复引用计数。

顺便说一句，“lock”是那个API的一个糟糕的名称。你不仅仅是调用互斥锁，而且还通过“Anchor”创建了一个弱引用到强引用的转换。两个模板中最大的缺陷是它们没有实现operator->，所以要对对象进行任何操作，你必须恢复原始的“T*”。他们这样做主要是为了支持像“shared_ptr”这样的东西，因为基本类型不支持“->”运算符。

- user3726672

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您写道：“在‘weak_ptr’中，这些API只是复制实际的Anchor指针。它们不会更新引用计数。” 这是不正确的；它们会更新弱引用计数，以管理Anchor本身的生命周期。否则，您如何知道何时释放Anchor自己的内存？此外，std :: shared_ptr确实实现了operator->；我不知道您是怎么得出这个想法的。 - Quuxplusone

STL是标准模板库的缩写，即容器、迭代器等。智能指针不属于其中。 - curiousguy

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可以查看英文原文，
原文链接

- Paul Groke · Accepted Answer

shared_ptr 使用额外的“计数器”对象（也称为“共享计数”或“控制块”）来存储引用计数。(顺便说一句: 这个"计数器"对象也存储了删除器。)

每个 shared_ptr 和 weak_ptr 包含指向实际资源的指针和指向“计数器”对象的第二个指针。

为了实现 weak_ptr，"计数器"对象存储了两个不同的计数器:

"使用计数"是指向该对象的 shared_ptr 实例的数量。
"弱引用计数"是指向该对象的weak_ptr 实例的数量，如果 "使用计数" 仍然 > 0，则再加1。

当“使用计数”达到零时，将删除点ee。

当“弱引用计数”达到零时，“计数器”帮助对象将被删除（这意味着“使用计数”也必须为零，请参见上文）。

当您尝试从 weak_ptr 获得一个 shared_ptr 时，库会原子地检查“使用计数”，如果它 > 0，则增加它。如果成功，您将获得您的 shared_ptr。如果“使用计数”已经为零，则会返回一个空的shared_ptr 实例。

编辑: 现在，为什么他们要将弱引用计数加1而不是在两个计数都降到零时释放“计数器”对象呢？这是个好问题。

另一种方法是，在“使用计数”和“弱引用计数”都降到零时删除“计数器”对象。以下是第一个原因：在每个平台上都不可能原子地检查两个（指针大小的）计数器，即使在可以实现的情况下，也比仅检查一个计数器要复杂。

另一个原因是，在删除器完成执行之前，必须保证其有效。由于删除器存储在"counter"对象中，这意味着"counter"对象必须保持有效。考虑一下如果有一个shared_ptr和一个weak_ptr指向某个对象，并且它们在并发线程中同时被重置会发生什么。假设shared_ptr先出现。它将"use count"减少到零，并开始执行删除器。现在weak_ptr将"weak count"减少到零，并发现"use count"也为零。因此，它删除了"counter"对象，以及其中的删除器。而删除器仍在运行。

当然，有不同的方法来确保"counter"对象保持活动状态，但我认为增加"weak count"是一种非常优雅和直观的解决方案。"weak count"成为"counter"对象的引用计数。由于shared_ptr也引用计数器对象，它们也必须增加"weak count"。

可能更直观的解决方案是，对于每个单独的shared_ptr都增加"weak count"，因为每个单独的shared_ptr都持有对"counter"对象的引用。

对于所有shared_ptr实例添加一个只是一种优化（在复制/分配shared_ptr实例时，可以节省一个原子递增/递减）。