c++中的std::weak_ptr怎么解决循环引用问题_c++ weak_ptr避免shared_ptr循环引用

2025-11-09 3:54

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循环引用指两个对象的shared_ptr相互持有，导致引用计数无法归零而内存泄漏；weak_ptr不增加引用计数，可打破循环。

c++中的std::weak_ptr怎么解决循环引用问题_c++ weak_ptr避免shared_ptr循环引用

在c++中，std::shared_ptr通过引用计数管理对象生命周期，但当两个或多个对象相互持有对方的shared_ptr时，就会出现循环引用问题。这会导致对象无法被正确释放，从而引发内存泄漏。std::weak_ptr正是为了解决这个问题而设计的。

考虑两个类A和B，它们彼此持有对方的shared_ptr：

class B; // 前向声明

class A {
public:
std::shared_ptr<B> ptr;
~A() { std::cout << “A destroyedn”; }
};

class B {
public:
std::shared_ptr<A> ptr;
~B() { std::cout << “B destroyedn”; }
};

int main() {
    auto a = std::make_shared<A>();
    auto b = std::make_shared<B>();
    a->ptr = b;
    b->ptr = a; // 循环形成
}

此时，a和b的引用计数都为2。当main函数结束时，a和b离开作用域，各自引用计数减1，变为1，但由于仍存在指向它们的shared_ptr（在对方内部），析构函数不会被调用，造成内存泄漏。

std::weak_ptr不增加引用计数，它只是“观察”一个由shared_ptr管理的对象。你可以通过lock()方法临时获取一个shared_ptr来安全访问对象，如果对象已被释放，则返回空的shared_ptr。

修改上面的例子，让其中一个类使用weak_ptr：

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class B;

class A {
public:
std::shared_ptr<B> ptr;
~A() { std::cout << “A destroyedn”; }
};

class B {
public:
std::weak_ptr<A> ptr; // 改成 weak_ptr
~B() { std::cout << “B destroyedn”; }
};

int main() {
    auto a = std::make_shared<A>();
    auto b = std::make_shared<B>();
    a->ptr = b;
    b->ptr = a; // 不增加引用计数
}

现在，a的引用计数为2（外部a + b.ptr.lock()），但b的引用计数只有1（外部b）。当main结束，b先被释放，然后a的引用计数变为1再变为0，最终a也被释放。析构顺序正常执行，内存得以回收。

在以下场景中推荐使用weak_ptr：

访问weak_ptr时需注意：必须通过lock()获取shared_ptr，不能直接解引用。例如：

if (auto locked = b->ptr.lock()) {
    // 安全使用 locked
    std::cout << “A is still aliven”;
} else {
    std::cout << “A has been destroyedn”;
}

基本上就这些。只要在可能形成闭环的地方用weak_ptr替代其中一个shared_ptr，就能有效避免循环引用带来的内存泄漏问题。关键是要理清对象间的所有权关系——拥有权用shared_ptr，观察用weak_ptr。

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