shared_ptr中weak_ptr的作用

Question

我知道shared_ptr是如何工作的，但weak_ptr的作用还不太清楚。我知道它可以在引用计数不为零时检测循环引用，但除此之外，我不太明白它是如何做到这一点的。它具体是做什么呢？

- user997112

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可能是shared_ptr和weak_ptr的区别的重复问题。 - Peter Clark

不，弱指针很少用于解决循环引用的问题。它们在其他方面更加有用。 - Kerrek SB

@PeterClark 我无法理解那个问题的答案，关于weak_ptrs的部分不是很连贯。 - user997112

通常情况下，shared_ptr 适合在标准容器中存储一些共享信息，而在函数调用中使用 weak_ptr 传递参数。 - Tanuki

@user997112 抱歉，没有看到你对我的回复。我认为一般的做法是如果你要评论答案，就在答案上发表评论（不确定如果你在问题本身上发表评论是否会通知我，而且我还没有在问题上发表评论）。有什么特别困惑的地方吗？需要澄清的一件事是 - 你是在寻找 weak_ptr 的工作原理，还是在寻找为什么要使用它？我回答了第二个问题（这是你的标题所暗示的），但是你的问题正文似乎在寻找第一个问题的答案。 - Peter Clark

@Tanuki “在函数调用中使用weak_ptr来传递参数” 你为什么要这么做？！！ - curiousguy

Answer 1

另请参阅：何时使用std::weak_ptr以了解原因，weak_ptr如何工作以了解实现方式。

我将提供一个示例，说明我见过的用法，尽管我写的示例代码有些复杂，请耐心等待：

#include <vector>
#include <memory>
#include <ostream>

int main()
{
  // Fill container with values 1-50. This container OWNS these values.
  std::vector<std::shared_ptr<int>> owning_container;
  for(int i = 1; i <= 50; ++i)
  {
    owning_container.emplace_back(std::make_shared<int>(i));
  }

  // Create a sepearate container that references all owned values that are multiples of 5.
  std::vector<std::weak_ptr<int>> referencing_container;
  for(std::shared_ptr<int> const& i : owning_container)
  {
    if((*i) % 5 == 0)
    {
      // Make weak_ptr that references shared_ptr
      referencing_container.emplace_back(i);
    }
  }

  // Go through the owned values and delete all that are multiples of 10.
  for(auto it = owning_container.begin(); it != owning_container.end();)
  {
    std::shared_ptr<int> const& i = *it;
    if(*i % 10 == 0)
    {
      it = owning_container.erase(it);
    }
    else
    {
      ++it;
    }
  }

  // Now go through the referencing container and print out all values.
  // If we were dealing with raw pointers in both containers here we would access deleted memory,
  //   since some of the the actual resources (in owning_container) that referencing_container
  //   references have been removed.
  for(std::weak_ptr<int> const& i_ref : referencing_container)
  {
    // Check if the shared resource still exists before using it (purpose of weak_ptr)
    std::shared_ptr<int> i = i_ref.lock();
    if(i)
    {
      std::cout << *i << std::endl;
    }
  }

  return 0;
}

这里有一个包含一些共享资源的容器，这些资源是int类型的(shared_ptr)，另一个容器需要引用它们 (weak_ptr)。引用并不拥有这个资源，只需要在需要时访问它(如果存在)。为了检查被引用的资源是否仍然存在，我们使用weak_ptr::lock()将weak_ptr转换为shared_ptr。那些仍然存在的资源将会返回一个有效的shared_ptr，而那些不存在的资源将返回一个空的shared_ptr。我们可以使用shared_ptr的operator bool()来检查它是否为null，然后再使用它。

一个更简单的场景可能是，假设你正在制作一个游戏，游戏中的每个对象都由一个game_object表示。比如说你有一个寻找逻辑用于向敌人寻找目标game_object。使用以上方法，你可以让敌人持有一个weak_ptr<game_object>。它并没有拥有这个game_object，如果其他东西杀死了它的目标，它的目标应该死亡，而不是停留在某种悬空状态。如果敌人的目标仍然存在的话(它可以通过锁定weak_ptr来检查)，则可以执行寻找逻辑；否则，它可以寻找一个新的目标。这个game_object的"所有者"可以是某种game_world类 - 它将拥有一个shared_ptr<game_object>容器。当敌人需要一个新的目标时，它可以搜索这个容器，并从game_world的shared_ptr创建它的weak_ptr。

- Peter Clark

Answer 2

弱指针不声明对资源的所有权，而只是引用它。因此，除了再次声明所有权（使用weak_ptr::lock()方法），它们不允许您以任何方式操作资源。我的意见是，现实生活中最常见的需要这种行为的情况是循环依赖和（较少）缓存。

使用仅共享指针创建的循环依赖实际上是内存泄漏，因为指针的相互引用计数永远不会小于1：如果没有其他东西拥有A，那么B仍然拥有A，反之亦然。弱指针不会“检测”这种情况。它只是通过打破所有权的循环来防止问题的发生。您仍然可以通过锁定弱指针“连接链的末端”，但是通过弱指针获得的任何共享指针都不会持久存在。

缓存的问题再次出现，一个缓存通常不应影响缓存内容的生命周期，这不是缓存的职责。但是，如果缓存会保留共享指针，那么您将无法终止缓存对象的生命周期，而无需与缓存进行交互，这通常是不方便的。

- vines

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你能提供一些循环依赖案例，其中弱引用有所帮助的示例吗？ - curiousguy