循环引用指两个对象通过shared_ptr相互持有强引用,导致内存无法释放;使用weak_ptr可打破循环,避免内存泄漏。

在C++中使用std::shared_ptr时,循环引用是一个常见问题。当两个或多个对象通过shared_ptr相互持有对方的强引用时,引用计数永远不会归零,导致内存无法释放,从而引发内存泄漏。
什么是循环引用?
假设有两个类A和B,A中有一个shared_ptr,B中有一个shared_ptr。当它们互相指向对方时,即使外部不再持有任何引用,这两个对象的引用计数仍为1,析构函数不会被调用。
示例:
struct B;struct A { std::shared_ptr ptr; ~A() { std::cout << "A destroyedn"; }};struct B { std::shared_ptr ptr; ~B() { std::cout << "B destroyedn"; }};int main() { auto a = std::make_shared(); auto b = std::make_shared(); a->ptr = b; b->ptr = a; // 循环引用形成 return 0;} // a 和 b 的引用计数都不为0,无法析构}
使用 weak_ptr 打破循环
std::weak_ptr是解决循环引用的核心工具。它不增加引用计数,只观察shared_ptr管理的对象是否存在。通常用于“被动”或“非拥有”关系的一方。
修改上面的例子:
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struct B;struct A { std::shared_ptr ptr; ~A() { std::cout << "A destroyedn"; }};struct B { std::weak_ptr ptr; // 改为 weak_ptr ~B() { std::cout << "B destroyedn"; }};
此时,B不再持有A的强引用,当main函数结束时,a的引用计数为1(来自main),b的引用计数也为1(来自main)。离开作用域后,两者都能正常析构。
如何访问 weak_ptr 指向的对象?
通过lock()方法获取一个临时的shared_ptr,确保对象在使用期间不会被销毁。
void use_A(std::weak_ptr& wp) { if (auto sp = wp.lock()) { // 对象仍然存在 std::cout << "Use A safely.n"; } else { std::cout << "A has been destroyed.n"; }}
设计建议:明确所有权关系
避免循环引用的关键在于清晰的对象所有权设计。
父子关系中,父对象用shared_ptr持有子对象,子对象用weak_ptr回指父对象。 观察者模式中,观察者用weak_ptr引用被观察对象。 双向链表等结构中,一端用shared_ptr,另一端用weak_ptr。
基本上就这些。只要在可能形成闭环的地方主动使用weak_ptr,就能有效避免循环引用问题。记住:不是所有指针都需要shared_ptr,合理使用weak_ptr是智能指针正确使用的必修课。
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