C++11新特性_标准库_智能指针_std::weak_ptr
在 C++ 中，std::shared_ptr 通过引用计数实现了共享所有权，但如果存在循环引用（两个对象通过 std::shared_ptr 互相指向对方），会导致引用计数无法归零，最终引发内存泄漏。std::weak_ptr 是一种 “弱引用” 智能指针，不参与引用计数，专门用于解决循环引用问题。
循环引用的问题
当两个对象通过 std::shared_ptr 互相引用时，会形成循环依赖：每个对象的引用计数被对方的 std::shared_ptr 持握，即使外部不再有任何 std::shared_ptr 指向它们，双方的引用计数仍无法减至 0，导致对象无法被销毁，内存泄漏。
循环引用示例（内存泄漏）
#include <iostream>
#include <memory>class B; // 前置声明class A {
public:std::shared_ptr<B> b_ptr; // A 持有 B 的共享指针~A() { std::cout << "A 析构" << std::endl; }
};class B {
public:std::shared_ptr<A> a_ptr; // B 持有 A 的共享指针~B() { std::cout << "B 析构" << std::endl; }
};int main() {auto a = std::make_shared<A>(); // a 的引用计数 = 1auto b = std::make_shared<B>(); // b 的引用计数 = 1a->b_ptr = b; // b 的引用计数 +=1 → 2b->a_ptr = a; // a 的引用计数 +=1 → 2// 此时，a 和 b 的引用计数均为 2// 当 main 函数结束时，a 和 b 离开作用域，引用计数减为 1（被对方的 shared_ptr 持有）// 由于引用计数无法归零，A 和 B 的析构函数不会被调用，内存泄漏！return 0;
}
运行结果：
终端不会输出 A 析构 和 B 析构，说明对象未被销毁。
std::weak_ptr 解决循环引用
std::weak_ptr 是一种弱引用指针，不参与引用计数，仅用于观察 std::shared_ptr 管理的对象。它的核心作用是：
- 指向
std::shared_ptr管理的对象，但不会增加引用计数； - 可以通过
lock()方法获取std::shared_ptr（若对象存活），确保安全访问； - 配合
expired()方法判断对象是否已被销毁。
用 std::weak_ptr 打破循环引用
修改上述示例，将其中一个类的成员变量改为 std::weak_ptr，即可打破循环：
#include <iostream>
#include <memory>class B; // 前置声明class A {
public:std::shared_ptr<B> b_ptr; // A 仍用 shared_ptr 持有 B（假设 A 需要“强”拥有 B）~A() { std::cout << "A 析构" << std::endl; }
};class B {
public:std::weak_ptr<A> a_ptr; // B 用 weak_ptr 观察 A（弱引用，不参与计数）~B() { std::cout << "B 析构" << std::endl; }
};int main() {auto a = std::make_shared<A>(); // a 的引用计数 = 1auto b = std::make_shared<B>(); // b 的引用计数 = 1a->b_ptr = b; // b 的引用计数 +=1 → 2b->a_ptr = a; // a 的引用计数 **不变化**（weak_ptr 不增加计数）// 当 main 函数结束时：// - a 离开作用域，引用计数减为 0（因为 b->a_ptr 是 weak_ptr，不持有计数）// → A 对象被销毁，触发 A 的析构函数；// - a->b_ptr 被销毁，b 的引用计数减为 1（原计数 2 → 1）；// - b 离开作用域，引用计数减为 0 → B 对象被销毁，触发 B 的析构函数。return 0;
}
运行结果：
A 析构
B 析构
关键机制总结
-
std::weak_ptr不参与引用计数：
当B的成员a_ptr是std::weak_ptr时，它不会增加A对象的引用计数。因此，当外部a（std::shared_ptr<A>）离开作用域时，A的引用计数减为 0，触发A的析构，进而释放A持有的B的std::shared_ptr（a->b_ptr），最终B的引用计数也减为 0，触发B的析构。 -
安全访问对象：
若B需要访问A对象，需通过std::weak_ptr::lock()方法获取std::shared_ptr，确保对象存活：void B::doSomething() {if (auto a = a_ptr.lock()) { // 若 A 对象存活，lock() 返回有效的 shared_ptr// 安全访问 a 的成员} else {// A 已销毁，处理空指针逻辑} } -
判断对象存活：
通过std::weak_ptr::expired()方法可判断对象是否已被销毁（即引用计数是否为 0）：if (!a_ptr.expired()) {// 对象存活 }
总结
std::weak_ptr 通过弱引用机制（不参与引用计数）打破循环引用，确保对象在无外部强引用时能被正确销毁。它通常用于以下场景：
- 解决
std::shared_ptr的循环引用问题； - 缓存或观察者模式中，需要观察对象但不影响其生命周期；
- 避免因强引用导致的对象无法析构。