shared_ptr引用计数怎样工作循环引用问题解决方案

P粉602998670

发布时间：2025-08-18 17:38:01

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原创

shared_ptr通过引用计数机制管理对象生命周期，每个shared_ptr共享一个控制块，其中记录强引用计数，当强引用计数为0时自动释放资源；循环引用问题发生在多个对象相互以shared_ptr持有对方，导致引用计数无法归零，内存无法释放，例如父子节点间双向强引用；解决方法是将一方改为使用weak_ptr，weak_ptr不增加强引用计数，仅作为观察者，通过lock()安全访问对象，从而打破循环，确保内存正确释放。

shared_ptr引用计数怎样工作循环引用问题解决方案

shared_ptr

的引用计数机制和循环引用问题是 C++ 智能指针使用中的核心知识点，理解它们对避免内存泄漏至关重要。

shared_ptr 引用计数是怎么工作的

shared_ptr

通过引用计数来管理动态对象的生命周期。每个

shared_ptr

实例指向一个资源（堆上分配的对象），同时共享一个控制块（control block），这个控制块中保存了：

指向实际对象的指针
当前有多少个
```
shared_ptr
```
共享该对象（强引用计数）
当前有多少个
```
weak_ptr
```
观察该对象（弱引用计数）
可能还包括自定义删除器、分配器等信息

每当一个新的

shared_ptr

被创建并指向同一个对象时，强引用计数加 1；当一个

shared_ptr

被销毁或重新赋值时，强引用计数减 1。当强引用计数变为 0 时，说明没有

shared_ptr

再持有该对象，此时会自动调用删除器释放对象内存。

举个简单例子：

std::shared_ptr p1 = std::make_shared(42);
std::shared_ptr p2 = p1;  // 引用计数变为 2
p1.reset();                    // 引用计数减为 1，对象未释放
// p2 仍然有效，直到它也被销毁

引用计数的操作是线程安全的（原子操作），多个线程同时增加或减少引用不会导致数据竞争。

循环引用问题是怎么产生的

循环引用发生在两个或多个对象通过

shared_ptr

相互持有对方，导致引用计数永远无法归零，从而造成内存泄漏。

典型场景是父子节点结构中，父节点用

shared_ptr

持有子节点，子节点也用

shared_ptr

持有父节点：

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struct Node;
struct Node {
    std::shared_ptr parent;
    std::shared_ptr child;
};

auto node1 = std::make_shared();
auto node2 = std::make_shared();
node1->child = node2;
node2->parent = node1;  // 形成循环引用

此时：

```
node1
```
的引用计数为 2（外部指针 + node2 的 parent）
```
node2
```
的引用计数为 2（外部指针 + node1 的 child）

当

node1

和

node2

离开作用域后，外部引用消失，引用计数各减为 1，但由于彼此还持有对方，计数不为 0，对象不会被销毁，造成内存泄漏。

解决循环引用的方案：使用 weak_ptr

最标准的解决方案是：把循环中的一方改为使用

weak_ptr

。

weak_ptr

是一种不增加引用计数的观察者指针，它指向

shared_ptr

管理的对象，但不影响其生命周期。只有在需要访问对象时，才通过

lock()

方法尝试获取一个临时的

shared_ptr

。

修改上面的例子：

struct Node {
    std::shared_ptr child;
    std::weak_ptr parent;  // 改为 weak_ptr
};

auto node1 = std::make_shared();
auto node2 = std::make_shared();
node1->child = node2;
node2->parent = node1;  // weak_ptr 不增加引用计数

// 访问父节点时：
if (auto parent = node2->parent.lock()) {
    // parent 是临时的 shared_ptr，安全访问
    std::cout << "Has parent\n";
} else {
    std::cout << "Parent is gone\n";
}

这样：

```
node1
```
持有
```
node2
```
（强引用）
```
node2
```
只“观察”
```
node1
```
（弱引用）
当外部指针释放后，
```
node2
```
的引用计数变为 0，被销毁
接着
```
node1
```
的引用计数也变为 0，被销毁
内存正确释放，无泄漏

使用建议和注意事项

谁该用 weak_ptr？ 通常“从属”或“反向”引用的一方使用
```
weak_ptr
```
。比如父持有子用
```
shared_ptr
```
，子指向父用
```
weak_ptr
```
。
```
weak_ptr
```
不能直接解引用，必须通过
```
lock()
```
获取
```
shared_ptr
```
。
```
lock()
```
返回一个
```
shared_ptr
```
，如果原对象已释放，则返回空
```
shared_ptr
```
。
```
weak_ptr
```
本身也有引用计数（弱引用计数），用于管理控制块的销毁时机。
避免在
```
weak_ptr
```
上做
```
expired()
```
判断后再
```
lock()
```
，因为可能有竞态条件，直接
```
lock()
```
更安全。