智能指针之 weak_ptr
1. weak_ptr 介绍
std::weak_ptr 是一种智能指针，它对被 std::shared_ptr 管理的对象存在非拥有性("弱")引用。在访问所引用的对象指针前必须先转换为 std::shared_ptr。 主要用来表示临时所有权，当某个对象存在时才需要被访问。转换为shared_ptr的过程等于对象的shared_ptr 的引用计数加一，因此如果你使用weak_ptr获得所有权的过程中，原来的shared_ptr被销毁，则该对象的生命期会被延长至这个临时的 std::shared_ptr 被销毁为止。 weak_ptr还可以避免 std::shared_ptr 的循环引用。
std::weak_ptr简单使用：（编译系统：linux centos 7.0 x86_64 编译器：gcc 4.8.5 ）
#include <memory>
#include <iostream>
class foo
{
public:
foo()
{
std::cout << "foo construct.." << std::endl;
}
void method()
{
std::cout << "welcome test foo.." << std::endl;
}
~foo()
{
std::cout << "foo destruct.." << std::endl;
}
};
int main()
{
// weak_ptr
foo* foo2 = new foo();
// share_ptr 管理对象
std::shared_ptr<foo> shptr_foo2(foo2);
// weak_ptr 弱引用
std::weak_ptr<foo> weak_foo2(shptr_foo2);
// 如果要获取数据指针，需要通过lock接口获取
weak_foo2.lock()->method();
std::shared_ptr<foo> tmp = weak_foo2.lock();
// 我们这边有尝试多次获取所有权（lock），看一下引用计数个数
std::cout << "shptr_foo2 refcount: " << weak_foo2.lock().use_count() << std::endl;
return 0;
}
执行结果：
bash-4.2$ ./share_ptr foo construct.. welcome test foo.. shptr_foo2 refcount: 3 foo destruct..
我们可以看到，weak_ptr多次通过lock转换成shared_ptr，获得shared_ptr后可以成功调用管理对象的方法，这个过程中引用计数是在增加的，因此如果原来的shared_ptr销毁是不影响你这个临时对象使用， 资源析构正常。 下面是gnu stl 库中最后调用lock函数会跑到的地方，引用计数 + 1 。(gnu stl 文件：shared_ptr_base.h)
2. weak_ptr 实现和循环引用问题
1. shared_ptr 循环引用问题
我们首先看一下循环引用的问题，具体代码如下：
测试类:
#include <memory>
#include <iostream>
class foo;
class test
{
public:
test()
{
std::cout << "construct.." << std::endl;
}
void method()
{
std::cout << "welcome test.." << std::endl;
}
~test()
{
std::cout << "destruct.." << std::endl;
}
public:
std::shared_ptr<foo> fooptr;
};
class foo
{
public:
foo()
{
std::cout << "foo construct.." << std::endl;
}
void method()
{
std::cout << "welcome test foo.." << std::endl;
}
~foo()
{
std::cout << "foo destruct.." << std::endl;
}
public:
std::shared_ptr<test> testptr;
};
main函数:
int main()
{
// 循环引用 测试
test* t2 = new test();
foo* foo1 = new foo();
std::shared_ptr<test> shptr_test(t2);
std::shared_ptr<foo> shptr_foo(foo1);
std::cout << "shptr_test refcount: " << shptr_test.use_count() << std::endl;
std::cout << "shptr_foo refcount: " << shptr_foo.use_count() << std::endl;
shptr_test->fooptr = shptr_foo;
shptr_foo->testptr = shptr_test;
std::cout << "shptr_test refcount: " << shptr_test.use_count() << std::endl;
std::cout << "shptr_foo refcount: " << shptr_foo.use_count() << std::endl;
return 0;
}
测试结果：
bash-4.2$ ./share_ptr construct.. foo construct.. shptr_test refcount: 1 shptr_foo refcount: 1 shptr_test refcount: 2 shptr_foo refcount: 2
从打印结果可以很明显的看出，经过循环引用， 对象引用计数变成了2，并且执行完后，资源没有释放，没有调用类的destruct（析构）函数。
将类中的std::shared_ptr
再看下weak_ptr的执行结果，可以看到计数正常，资源成功释放： 2. weak_ptr 实现 我们这边贴一下weak_ptr类的代码: 主要注意的是lock函数，如果计数指针为空，那么会返回一个空的shared_ptr，然后就是不能重载operator*和operator-> 操作符。 主要参考： 3. enable_shared_from_this 这边还有一个点也要介绍一下，那就是enable_shared_from_this，这个主要是为了处理在shared_ptr管理的对象中要使用该对象的指针所引出的问题。 我们看下下面这个例子： 看下结果，释放两次： 其实我们都不用测试，因为你如果直接使用该对象的this指针又拷贝给另一个shared_ptr，那不就等于两个没有关系的shared_ptr管理同一个对象了吗？ 释放的时候等于会调用两次该对象的析构函数。enable_shared_from_this就是用来解决这个问题的。看下代码： 看下结果，成功释放： 总结一下，weak_ptr本质是以一种观察者的形象存在，它可以获取到观察主体的状态，但是无法获取直接获取到观察主体，无法直接对观察主体修改，无法释放观察主体的资源，你只能通过转换成shared_ptr来做一些事情。 和观察者模式很像，订阅，得到观察主体状态，在多线程环境下会比较管用！ 2018年9月30日00:40:02class foo;
class test
{
public:
test()
{
std::cout << "construct.." << std::endl;
}
void method()
{
std::cout << "welcome test.." << std::endl;
}
~test()
{
std::cout << "destruct.." << std::endl;
}
public:
std::weak_ptr<foo> fooptr;
};
class foo
{
public:
foo()
{
std::cout << "foo construct.." << std::endl;
}
void method()
{
std::cout << "welcome test foo.." << std::endl;
}
~foo()
{
std::cout << "foo destruct.." << std::endl;
}
public:
std::weak_ptr<test> testptr;
};
bash-4.2$ ./share_ptr
construct..
foo construct..
shptr_test refcount: 1
shptr_foo refcount: 1
shptr_test refcount: 1
shptr_foo refcount: 1
foo destruct..
destruct..
template <class t>
class weak_ptr
{
public:
template <class s>
friend class weak_ptr;
template <class s>
friend class shared_ptr;
constexpr weak_ptr() noexcept : m_iweakrefcount(nullptr), m_ptr(nullptr) { }
weak_ptr( const weak_ptr<t>& rhs ) noexcept : m_iweakrefcount(rhs.m_iweakrefcount)
{
m_ptr = rhs.lock().getpointer();
}
weak_ptr( const shared_ptr<t>& rhs ) noexcept
: m_iweakrefcount(rhs.m_irefcount), m_ptr(rhs.m_ptr) { }
template <typename s>
weak_ptr & operator=(const shared_ptr<s> & rhs)
{
m_ptr = dynamic_cast<t *>(rhs.m_ptr);
m_iweakrefcount = rhs.m_irefcount;
return *this;
}
template <typename s>
weak_ptr & operator=(const weak_ptr<s> & rhs)
{
m_ptr = dynamic_cast<t *>(rhs.m_ptr);
m_iweakrefcount = rhs.m_iweakrefcount;
return *this;
}
weak_ptr& operator=( const weak_ptr& rhs ) noexcept
{
m_iweakrefcount = rhs.m_iweakrefcount;
m_ptr = rhs.m_ptr;
return *this;
}
weak_ptr& operator=( const shared_ptr<t>& rhs ) noexcept
{
m_iweakrefcount = rhs.m_irefcount;
m_ptr = rhs.m_ptr;
return *this;
}
shared_ptr<t> lock() const noexcept
{
shared_ptr<t> tmp;
if(m_iweakrefcount && *m_iweakrefcount > 0)
{
tmp.m_irefcount = m_iweakrefcount;
tmp.m_ptr = m_ptr;
if(tmp.m_irefcount)
{
++(*tmp.m_irefcount);
}
}
return tmp;
}
int use_count()
{
return *m_iweakrefcount;
}
bool expired() const noexcept
{
return *m_iweakrefcount == 0;
}
void reset()
{
m_ptr = null;
m_iweakrefcount = null;
}
private:
int * m_iweakrefcount;
t* m_ptr;
};
完整实现见：smart_ptrclass foo
{
public:
std::shared_ptr<foo> getptr()
{
// 如果类中要返回自己的指针怎么办？
return std::shared_ptr<foo>(this);
}
~foo()
{
std::cout << "foo destruct .. " << std::endl;
}
};
int main()
{
std::shared_ptr<foo> bp1(new foo());
bp1->getptr();
std::cout << "bp1.use_count() = " << bp1.use_count() << std::endl;
}
ash-4.2$ ./share_ptr
foo destruct ..
bp1.use_count() = 1
foo destruct ..
class foo : public std::enable_shared_from_this<foo>
{
public:
std::shared_ptr<foo> getptr()
{
return shared_from_this();
}
~foo()
{
std::cout << "foo destruct .. " << std::endl;
}
};
int main()
{
std::shared_ptr<foo> bp1(new foo());
bp1->getptr();
std::cout << "bp1.use_count() = " << bp1.use_count() << std::endl;
}
bash-4.2$ ./share_ptr
bp1.use_count() = 1
foo destruct ..