【C++入门到精通】智能指针 shared_ptr循环引用 | weak_ptr 简介及C++模拟实现 [ C++入门 ]_c++ 循环引用 weak_ptr

引言

欢迎阅读本系列文章的第二篇，我们将继续探讨与 shared_ptr 相关的主题。上一篇文章我们介绍了 shared_ptr 的强大功能，但也提到了它可能面临的一个问题 —— 循环引用。当两个或多个对象之间相互持有 shared_ptr 的引用时，就会形成循环引用，导致这些对象无法被正确释放，从而引发内存泄漏。

在本文中，我们将深入讨论循环引用问题，并引入另一个智能指针类——weak_ptr。weak_ptr 是 shared_ptr 的伙伴，它可以帮助我们解决循环引用问题，并且不会增加引用计数，以避免对象无法释放的情况。

通过学习 shared_ptr 和 weak_ptr 的组合使用，我们将能够更好地管理动态分配的对象，避免内存泄漏，并提高代码的健壮性和可维护性。敬请期待本文的剖析和示例，希望能给您带来更深入的了解和实践经验。

一、std::shared_ptr的循环引用

1. 概念

当使用 std::shared_ptr 时，循环引用是一种常见的问题。循环引用指的是两个或多个对象彼此持有 shared_ptr 的引用，形成一个环状依赖关系。这种情况下，即使没有外部引用指向这些对象，它们的引用计数也无法降为零，从而导致内存泄漏。

循环引用可能会导致内存泄漏的发生，因为每个对象都会持有对其他对象的引用，导致它们的引用计数无法归零。当没有外部引用指向这些对象时，它们的析构函数不会被调用，从而导致资源无法正确释放。

2. 示例分析

首先我们来看一段代码，这段代码就明显存在着循环引用。

struct ListNode
{
	int _data;
	shared_ptr<ListNode> _prev;
	shared_ptr<ListNode> _next;
	~ListNode(){ cout << "~ListNode()" << endl; }
};
int main()
{
	shared_ptr<ListNode> node1(new ListNode);
	shared_ptr<ListNode> node2(new ListNode);
	cout << node1.use_count() << endl;
	cout << node2.use_count() << endl;
	node1->_next = node2;
	node2->_prev = node1;
	cout << node1.use_count() << endl;
	cout << node2.use_count() << endl;
	return 0;
}
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✅循环引用分析：

1. node1和node2两个智能指针对象指向两个节点，引用计数变成1，我们不需要手动delete。
2. node1的_next指向node2，node2的_prev指向node1，引用计数变成2。
3. node1和node2析构，引用计数减到1，但是_next还指向下一个节点。但是_prev还指向上一个节点。
4. 也就是说_next析构了，node2就释放了。
5. 也就是说_prev析构了，node1就释放了。
6. 但是_next属于node的成员，node1释放了，_next才会析构，而node1由_prev管理，_prev属于node2成员，所以这就叫循环引用，谁也不会释放。

⭕让我们通过下面这个图片来说上面这个问题：

为了解决循环引用问题，可以使用 std::weak_ptr。std::weak_ptr 是一种弱引用，它可以指向 std::shared_ptr 持有的对象，但不会增加对象的引用计数。这样，即使存在循环引用，通过使用 std::weak_ptr 可以打破循环引用，使对象的引用计数能够正确降为零，从而触发析构函数的调用。

二、std::weak_ptr

1. 简介

std::weak_ptr 是 C++11 标准库中提供的一种弱引用智能指针，它可以指向 std::shared_ptr 所管理的对象，但不会增加对象的引用计数。因此，当使用 std::weak_ptr 时，如果 std::shared_ptr 对象被释放或者过期，std::weak_ptr 将自动失效，避免了循环引用导致的内存泄漏问题。