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c++怎么使用weak_ptr解决循环引用问题_c++ weak_ptr智能指针循环引用解决方法

尼克

尼克

发布时间:2025-10-22 18:01:01

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来源于php中文网

原创

循环引用指两个对象的shared_ptr相互持有,导致引用计数无法归零而内存泄漏;解决方法是将其中一个改为weak_ptr,如父节点用shared_ptr指向子节点,子节点用weak_ptr回指父节点,通过lock()安全访问目标对象,避免内存泄漏。

c++怎么使用weak_ptr解决循环引用问题_c++ weak_ptr智能指针循环引用解决方法

在C++中,shared_ptr 能自动管理对象生命周期,但当两个对象互相持有对方的 shared_ptr 时,就会产生循环引用,导致内存无法释放。这时就需要使用 weak_ptr 来打破循环。

什么是循环引用?

考虑两个类 A 和 B,A 持有指向 B 的 shared_ptr,B 也持有指向 A 的 shared_ptr:

struct B;

struct A {
    std::shared_ptr b_ptr;
    ~A() { std::cout << "A destroyed\n"; }
};

struct B {
    std::shared_ptr a_ptr;
    ~B() { std::cout << "B destroyed\n"; }
};

如果这样创建对象:

auto a = std::make_shared();
auto b = std::make_shared();
a->b_ptr = b;
b->a_ptr = a;

此时 a 和 b 的引用计数都为2。离开作用域后,shared_ptr 析构会使引用计数减1,但不会归零,因此析构函数不会被调用,造成内存泄漏。

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用 weak_ptr 打破循环

解决方法是将其中一个引用改为 weak_ptr,它不增加引用计数,只观察对象是否存在。

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修改上面的例子:

struct B;

struct A {
    std::shared_ptr b_ptr;
    ~A() { std::cout << "A destroyed\n"; }
};

struct B {
    std::weak_ptr a_ptr;  // 改为 weak_ptr
    ~B() { std::cout << "B destroyed\n"; }
};

现在 B 中的 a_ptr 不再增加 A 的引用计数。当外部的 shared_ptr 离开作用域,A 的引用计数会正确归零并析构。B 也可以正常销毁。

如何安全访问 weak_ptr 指向的对象?

不能直接解引用 weak_ptr,必须先转为 shared_ptr:

if (auto locked_ptr = b.a_ptr.lock()) {
    // 使用 locked_ptr 访问 A 的成员
    std::cout << "A is still alive\n";
} else {
    std::cout << "A has been destroyed\n";
}

lock() 返回一个 shared_ptr,如果原对象还存在;否则返回空 shared_ptr。这是线程安全的判断方式。

典型应用场景

  • 父子节点关系:父节点用 shared_ptr 持有子节点,子节点用 weak_ptr 回指父节点。
  • 观察者模式:观察者用 weak_ptr 引用被观察对象,避免互相持有导致无法释放。
  • 缓存系统:缓存项用 weak_ptr 引用实际数据,数据由 shared_ptr 管理,不用时自动清除缓存条目。

基本上就这些。关键点是:识别可能形成闭环的引用链,把非拥有性的一方换成 weak_ptr,再通过 lock 安全访问。这样既能避免循环引用,又能保证资源正确释放。

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