循环引用指两个对象通过shared_ptr相互持有,导致引用计数无法降为0而内存泄漏;weak_ptr不增加引用计数,用于打破循环,如在双向链表中一方用weak_ptr回指,使用前需调用lock()检查对象是否仍存在。

在C++中,shared_ptr 是管理动态对象生命周期的常用工具,它通过引用计数自动释放资源。但当两个或多个对象相互持有 shared_ptr 指向对方时,就会产生循环引用,导致内存无法释放。这时就需要引入 weak_ptr 来打破循环。
什么是循环引用?
考虑两个类 A 和 B,A 中有一个 shared_ptr,B 中也有一个 shared_ptr。当它们互相引用时:
A 的引用计数至少为1(来自 B)
B 的引用计数也至少为1(来自 A)
即使外部所有 shared_ptr 都离开作用域,这两个对象仍彼此持有,无法析构。
结果就是:内存泄漏,即使程序逻辑上已不再使用这些对象。
weak_ptr 如何解决循环引用?
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。它可以用来观察对象是否存在,但不会阻止其被销毁。
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解决思路是:在双向关系中,让其中一方使用 weak_ptr,从而不参与引用计数。
例如,在父-子结构或观察者模式中:
父节点用 shared_ptr 持有子节点(控制生命周期) 子节点用 weak_ptr 回指父节点(仅访问,不控制)
代码示例:使用 weak_ptr 打破循环
下面是一个典型的循环引用场景及其解决方案:
#include iostream>
#include
struct Node {
std::shared_ptr next;
std::weak_ptr prev; // 使用 weak_ptr 避免循环
Node() { std::cout ~Node() { std::cout };
int main() {
auto node1 = std::make_shared();
auto node2 = std::make_shared();
node1->next = node2;
node2->prev = node1; // weak_ptr 不增加引用计数
// 此时:
// node1 引用计数:1(main 中的 node1) + 1(node2.prev 是 weak,不计)
// node2 引用计数:1(main 中的 node2) + 1(node1.next)
return 0; // 离开作用域,node1 和 node2 都会被正确释放
}
输出结果会显示两个构造和两个析构,说明没有内存泄漏。
如果把 prev 改成 shared_ptr,那么 node1 和 node2 将永远无法释放。
如何安全地使用 weak_ptr?
由于 weak_ptr 不保证所指对象仍然存在,使用前必须先检查:
std::weak_ptr weak_ref = node2->prev;
if (auto locked = weak_ref.lock()) {
// 对象还活着,locked 是 shared_ptr
std::cout } else {
std::cout }
lock() 方法尝试获取一个 shared_ptr,如果原对象已被销毁,返回空 shared_ptr。
基本上就这些。合理使用 weak_ptr 能有效避免循环引用,同时保持灵活的对象间访问。
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