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C++ shared_ptr循环引用问题_C++ weak_ptr用法与解决方案

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发布时间:2025-11-26 14:41:19

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来源于php中文网

原创

shared_ptr循环引用指两个对象互相持有对方的shared_ptr,导致引用计数无法归零而内存泄漏;解决方法是将一方改为weak_ptr,打破循环,如父-子结构中子节点用weak_ptr回指,确保非拥有关系不延长生命周期。

c++ shared_ptr循环引用问题_c++ weak_ptr用法与解决方案

在C++中,shared_ptr 是一种智能指针,用于自动管理动态分配对象的生命周期。它通过引用计数机制确保当最后一个 shared_ptr 被销毁时,其所指向的对象也会被自动释放。然而,在使用 shared_ptr 时,一个常见且容易忽视的问题是循环引用,这会导致内存泄漏。

什么是 shared_ptr 循环引用?

当两个或多个对象通过 shared_ptr 相互持有对方时,引用计数永远不会降为0,即使这些对象已经不再被外部使用。结果是它们所占用的内存无法被释放。

例如:两个类 A 和 B,A 中有一个 shared_ptr 指向 B,B 中也有一个 shared_ptr 指向 A:

struct B; // 前向声明

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

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

如果创建如下对象:

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

此时,a 和 b 的引用计数都为2。即使 a 和 b 离开作用域,它们各自的析构函数也不会被调用——因为彼此还持有着 shared_ptr 引用,导致内存泄漏。

如何解决?使用 weak_ptr 打破循环

weak_ptr 是一种不增加引用计数的智能指针,它“弱”引用一个由 shared_ptr 管理的对象。它用于观察对象是否还存在,而不参与生命周期管理。

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修改上面的例子:将其中一个方向的 shared_ptr 改为 weak_ptr,即可打破循环。

struct B;

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

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

现在,B 不再持有 A 的强引用,因此不会阻止 A 被销毁。当 a 离开作用域后,A 的引用计数变为1(来自 b->ptr),但由于 weak_ptr 不影响计数,A 实际上可以被释放。一旦 A 被释放,a 对 B 的引用消失,B 的引用计数也归零,B 随即被销毁。

访问 weak_ptr 所指向的对象时,需要先检查对象是否仍然存在:

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

lock() 方法返回一个 shared_ptr,如果原对象还活着;否则返回空 shared_ptr。也可以用 expired() 判断是否已过期,但推荐使用 lock(),因为它线程安全。

典型应用场景

weak_ptr 常用于以下场景:

  • 父-子结构:父节点用 shared_ptr 管理子节点,子节点用 weak_ptr 回指父节点。
  • 缓存系统:缓存表保存 weak_ptr,避免因缓存引用导致对象无法释放。
  • 观察者模式:观察者列表使用 weak_ptr,防止目标对象因观察者持有强引用而无法销毁。
  • 事件回调:回调中引用对象时,使用 weak_ptr 避免循环依赖。

基本上就这些。只要在可能形成闭环的地方,把非拥有关系的一方换成 weak_ptr,就能有效避免 shared_ptr 的循环引用问题。关键是理解:谁真正“拥有”对象,谁就用 shared_ptr;只是“观察”或“引用”的,就该用 weak_ptr。

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