(C++) share_ptr 之循环引用

文章目录

• 🚩前言
• 🚩循环引用
• • 🕹️例子1
  • • Code
    • [😭shared_ptr （错误）](#😭shared_ptr （错误）)
    • [😂weak_ptr （正确）](#😂weak_ptr （正确）)
    • [😭unique_ptr （错误）](#😭unique_ptr （错误）)
  • 🕹️例子2
  • • Code
• 🚩END

🚩前言

自C++11起，有三大智能指针：

• unique_ptr
• shared_ptr
• weak_ptr

都是内存管理中的非常重要的一部分动态内存管理 - cppreference.com。

其中shared_ptr在实际应用中具有非常广泛的应用。

而由于其较unique_ptr的功能多，有引用计数的概念。导致存在一个名为循环引用的问题。这是一个非常经典的坑。但解决方案也不是很复杂。下面来一起看看吧。

🚩循环引用

🕹️例子1

Code

#include <iostream>
#include <memory>

struct A;
struct B;

struct A {
    std::shared_ptr<B> ptr;
    A() {
        std::cout << __func__ << std::endl;
    }
    ~A() {
        std::cout << __func__ << std::endl;
    }
};

struct B {
    std::shared_ptr<A> ptr;
    B() {
        std::cout << __func__ << std::endl;
    }
    ~B() {
        std::cout << __func__ << std::endl;
    }
};

int main() {
    auto pa = std::make_shared<A>();
    auto pb = std::make_shared<B>();

    pa->ptr = pb;
    pb->ptr = pa;
}

😭shared_ptr （错误）

此代码，分别有两个类，class A和class B。其中都有一个成员都是零一个类型的shared_ptr。

分别构造好对象后都去执行另一个对象，这就产生了著名的循环引用问题。

下面是输出结果，未能执行析构函数，导致内存泄漏

# 输出结果
A
B

逐步分析

当两个对象构造完毕后，两块share_ptr的智能指针的引用计数都为1，且内部的智能指针对象是默认空构造。

接着让两个内部的shared_ptr都指向对方，此时引用计数都为2。

此后，脱离作用域，开始RAII回收资源。

此时两个在main函数中的shared_ptr对象都回收，两个引用计数都-1，变为1。

然后，就没有然后了。因此引用计数不为0，导致实际的对象内存不符合智能指针的要求，无法释放。

😂weak_ptr （正确）

假如此时将class B的智能指针改为weak_ptr。即可解决该问题。

weak_ptr其不会增加智能指针的引用计数，当实际需要使用的时候再构造出shared_ptr。这就是一种视图的作用。

逐步分析

当两个对象构造完毕后，两块share_ptr的智能指针的引用计数都为1，且内部的智能指针对象是默认空构造。

然后，B的weak指向A，A的引用计数块不变；A的share指向B，B的引用计数+1。Bcnt=2,Acnt=1。

此后，脱离作用域，开始RAII回收资源。

此时两个在main函数中的shared_ptr对象都回收，Bcnt=1，Acnt=0。

此时A符合回收条件，A资源释放，在A中的share也释放，B的计数-1=0。Bcnt=0

然后B也符合释放条件，B释放。

最终资源全部正确回收。

😭unique_ptr （错误）

我们再做一个假设，如果把class B的智能指针改为unique_ptr，会发生什么。

先公布答案：

A
B
~A
~B
~A

当然主函数也要略做修改，因为shared_ptr不能直接转化为unique_ptr。

int main() {
    auto pa = std::make_shared<A>();
    auto pb = std::make_shared<B>();

    pa->ptr = pb;
    pb->ptr.reset(pa.get());
}

当然看到这里，敏感的朋友会直接发现这根本就是一种错误的编码。因为pa的对象直接让两个可以掌管生命周期的对象把控了。

所以，这就出现了A对象的两次析构。

这里的原理分析与上面类似，这里就不做过多展开了。

🕹️例子2

Code

除了定义两个不同的类，有可能会产生循环引用，一个类自身也是有可能会产生的。

#include <iostream>
#include <memory>

struct Node {
    std::shared_ptr<Node> ptr;
    Node() {
        std::cout << __func__ << std::endl;
    }
    ~Node() {
        std::cout << __func__ << std::endl;
    }
};

int main() {
    auto p = std::make_shared<Node>();
    p->ptr = p;
}

这里解决方案一样，将内部的shared_ptr改为weak_ptr即可。

而要是这里改为unique_ptr时，有趣的事情就发生了，这里直接无限递归调用析构函数。

因为，当shared_ptr对象回收时，引用计数归0，导致Node对象回收。

当析构函数结束后，类内的unique_ptr也是回收资源，它指向的也是当前对象，++因此再次delete，也就是执行析构函数，析构成员++。

自此不断递归。。。

🚩END

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