c++ weak_ptr源代码分析(from visual studio 2017)

• weak_ptr是一种持有被shared_ptr管理者的资源的弱引用的智能指针。它必须通过转化为shared_ptr来访问管理的资源。
• weak_ptr被用来跟踪资源，它通过转化为shared_ptr来获取临时所有权。如果这个时候原先拥有资源的shared_ptr销毁了，资源的生命周期将会被延长至这个转化得到的shared_ptr析构之前。
• weak_ptr另外一个作用是打破shared_ptr可能的循环引用（循环引用会导致应该释放的资源没有释放，此处不展开）。
• weak_ptr的成员函数等信息见标准：

https://en.cppreference.com/w...

• weak_ptr的源代码：

• weak_ptr是一个模板类，模板参数同shared_ptr一样，为跟踪资源的对应类型。换言之，weak_ptr和shared_ptr拥有同样的数据成员。只不过其成员函数在修改查询引用计数类中不同的数据罢了。

• 不知道大家记不记得，引用计数基类中有两个数据成员：_Uses和_Weaks。_Uses则是我们理解的引用计数，每有一个shared_ptr共享资源，_Uses就会加一，反之每一个shared_ptr析构，_Uses就会减一，当_Uses变为零时，意味着没有shared_ptr再占有资源，这个时候占有的资源会调用释放操作。但是并不能直接销毁引用计数对象，因为可能有弱引用还绑定到引用计数对象上。
• 而_Weaks就是weak_ptr追踪资源的计数器，每有一个weak_ptr追踪资源，_Weaks就会加一，反之每一个weak_ptr析构时，_Weaks就会减一，当_Weaks变为零时，意味着没有weak_ptr再追踪资源，这时会销毁引用计数对象。（注：不会出现_Weaks变为零而_Uses不为零的情况，因为引用计数对象在构造的时候，_Weaks被初始化为1）

• 只要使用过weak_ptr，就不会对这两个函数陌生，expired()用来判断是否有对应的shared_ptr占有资源。lock()返回用该weak_ptr构造的shared_ptr对象，我们可以通过这个shared_ptr对象操纵资源。如果在调用lock时，该资源已经被释放，那么返回的shared_ptr将会是empty的(A shared_ptr may also own no objects, in which case it is called empty (an empty shared_ptr may have a non-null stored pointer if the aliasing constructor was used to create it))。
• lock函数内部先定义了一个空的shared_ptr指针，并调用了其内部函数_Construct_from_weak，该函数的参数是weak_ptr，这里把自己传了进去。

• 这个函数内部检查了_Other._Rep是不是一个空指针，如果不是的话，调用_Other._Rep->_Incref_nz()并判断其返回值，如果是true的话，用这个weak_ptr内部的数据成员赋值给本shared_ptr，完成构造并返回true，否则返回false。
• 可以想象，_Incref_nz()做了以下这些事：

1. 如果weak_ptr追踪的资源这时候已经被释放，则该函数返回false。
2. 如果weak_ptr追踪的资源还没有被释放，则其引用计数_Uses自增一，返回true。

• 如果在单线程条件下，这段代码应该并不难写，但是要保证不同线程中调用的正确性，则需要了解一些多线程编程的技巧。

• 这段代码在一个无限循环的条件下，首先获取_Uses的值，（这里需要static_cast转换为volatile _Atomic_counter_t&，为了限制编译器对其进行优化，volatile使得每次读取_Uses时，必须从内存中重新读取，而不是使用保存在寄存器里的备份。）如果这时_Uses已经变为0，则意味着资源已经被释放，返回false。否则我们调用_InterlockedCompareExchange函数来原子的对_Uses加一。
• _InterlockedCompareExchange是多线程编程中compare_exchange原语的一种实现，该函数有三个参数，第一个参数我们称为当前值，第二个参数称为设定值，第三个参数称为期望值。当当前值等于期望值时，函数将当前值设置为设定值，并返回当前值原先的值。当当前值不等于期望值时，函数不会进行任何操作，只返回当前值的值，整个操作是原子的。
• 这里涉及到多线程编程中原子变量的知识，大家可以去找相关的书去看，一两句话解释不清楚，总之，这样的操作可以保证多个线程中调用这个函数时，能正确的修改引用计数。而之所以把这段代码放入for(;;)这个无限循环中执行，因为可能有其他线程中的对象也在修改_Uses，故_InterlockedCompareExchange并不保证每次都能执行成功。（例如其他线程在我们获取_Uses的值到调用_InterlockedCompareExchange之前修改了_Uses）
• 其实weak_ptr的实现很简洁，重点分析的除了lock操作，还有我认为就是和enable_shared_from_this相关的部分了。关于enable_shared_from_this我们放到下一节讲。