[6] 智能指针boost::weak_ptr

【1】boost::weak_ptr简介

boost::weak_ptr属于boost库，定义在namespace boost中，包含头文件 #include<boost/weak_ptr.hpp>便可以使用。

【2】boost::weak_ptr详解

智能指针boost::scope_ptr和智能指针boost::shared_ptr就完全可以解决所有单个对象内存的管理问题。

这儿咋还多出一个boost::weak_ptr，是否还有某些案例我们没有考虑到呢？

回答：有。首先 boost::weak_ptr是专门为boost::shared_ptr而准备的。

有时候，我们只关心能否使用对象，并不关心内部的引用计数。

boost::weak_ptr是 boost::shared_ptr的观察者（Observer）对象，观察者？观察者怎么理解呢？

观察者意味着boost::weak_ptr只对boost::shared_ptr进行引用，而不改变其引用计数。

当被观察的boost::shared_ptr失效后，相应的boost::weak_ptr也随之失效。

那么，为什么需要这个观察者呢？那还得从循环引用谈起。

引用计数是一种便利的内存管理机制，但它有一个很大的缺点，那就是不能管理循环引用的对象。

示例代码如下：

 #include <iostream>
 #include <boost/shared_ptr.hpp>
 #include <boost/weak_ptr.hpp>

 class parent;
 class children;

 typedef boost::shared_ptr<parent> parent_ptr;
 typedef boost::shared_ptr<children> children_ptr;

 class parent
 {
 public:
     ~parent() { std::cout <<"destroying parent\n"; }

 public:
     children_ptr children;
 };

 class children
 {
 public:
     ~children() { std::cout <<"destroying children\n"; }

 public:
     parent_ptr parent;
 };

 void test()
 {
     parent_ptr father(new parent());
     children_ptr son(new children);

     father->children = son;
     son->parent = father;
 }

 void main()
 {
     std::cout<<"begin test...\n";
     test();
     std::cout<<"end test.\n";
 }

运行该程序可以看到：即使退出了test函数后，由于parent和children对象互相引用，它们的引用计数都是1，不能自动释放，并且此时这两个对象再无法访问到。

这也就引起了C++中那臭名昭著的内存泄漏。

<1> 一般来讲，解除这种循环引用有下面有三种可行的方法：

1. 当只剩下最后一个引用的时候需要手动打破循环引用释放对象。

2. 当parent的生存期超过children的生存期的时候，children改为使用一个普通指针指向parent。

3. 使用弱引用的智能指针打破这种循环引用。

虽然这三种方法都可行，但方法1和方法2都需要程序员手动控制，麻烦且容易出错。

下面主要介绍一下第三种方法和boost中的弱引用的智能指针boost::weak_ptr。

<2> 什么是强引用和弱引用？

一个强引用是指当被引用的对象仍活着的话，这个引用也存在（也就是说，只要至少有一个强引用，那么这个对象就不会也不能被释放）。boost::share_ptr就是强引用。

相对而言，弱引用当引用的对象活着的时候不一定存在。仅仅是当它自身存在的时的一个引用。

弱引用并不修改该对象的引用计数，这意味这弱引用它并不对对象的内存进行管理。

在功能上类似于普通指针，然而一个比较大的区别是，弱引用能检测到所管理的对象是否已经被释放，从而避免访问非法内存。

boost::weak_ptr boost::weak_ptr<T>是boost提供的一个弱引用的智能指针，它的声明可以简化如下：

 namespace boost
 {
 template<typename T> class weak_ptr
 {
 public:
     template <typename Y>
     weak_ptr(const shared_ptr<Y>& r);

     weak_ptr(const weak_ptr& r);

     ~weak_ptr();

     T* get() const;
     bool expired() const;
     shared_ptr<T> lock() const;
 };
 }

可以看到，boost::weak_ptr必须从一个boost::share_ptr或另一个boost::weak_ptr转换而来，这也说明，进行该对象的内存管理的是那个强引用的boost::share_ptr。

boost::weak_ptr只是提供了对管理对象的一个访问手段。

boost::weak_ptr除了对所管理对象的基本访问功能（通过get()函数）外，还有两个常用的功能函数：

1. expired() 用于检测所管理的对象是否已经释放；

2. lock() 用于获取所管理的对象的强引用指针。

<3> 通过boost::weak_ptr来打破循环引用

由于弱引用不更改引用计数，类似普通指针，只要把循环引用的一方使用弱引用，即可解除循环引用。

对于上面的那个例子来说，只要把children的定义改为如下方式，即可解除循环引用：

 class children
 {
 public:
     ~children() { std::cout <<"destroying children\n"; }

 public:
     boost::weak_ptr<parent> parent;
 };

【3】boost::weak_ptr总结

虽然通过弱引用指针可以有效的解除循环引用，但这种方式必须在程序员能预见会出现循环引用的情况下才能使用，也可以是说这个仅仅是一种编译期的解决方案。

如果程序在运行过程中出现了循环引用，还是会造成内存泄漏的。

因此，不要认为只要使用了智能指针便能杜绝内存泄漏。

毕竟，对于C++来说，由于没有垃圾回收机制，内存泄漏对每一个程序员来说都是一个非常头痛的问题。

声明：为了便于我的理解和学习，文章有部分修改内容，原文转自《 智能指针--weak_ptr 》，（我学习的大师哦~）

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