c++引用计数实现的智能指针循环引用问题

引用计数实现的智能指针循环引用问题

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什么情况下会出现循环引用？

简单来说，就是类A中包含了类B的智能指针对象，类B中包含了包含了类A的智能指针对象；
类A和类B的智能指针实例化SPA和SPB，当各自内部的智能指针都指向对方，这个时候就出现了循环引用。
循环引用情况下，实例SPA和SPB的引用计数为2，当各自释放的时候，引用计数减为1，并不会释放A、B的对象实例。

// CirCle.h
class ClassB;
class ClassA {
public:
    ClassA() { cout << "ClassA构造" << endl;}
    ~ClassA() { cout << "ClassA析构" << endl;}
    shared_ptr<ClassB> spb_; // ClassA中包含ClassB的智能指针对象
};

class ClassB {
public:
    ClassB() { cout << "ClassA构造" << endl;}
    ~ClassB() { cout << "ClassA析构" << endl;}
    shared_ptr<ClassA> spa_; // // ClassB中包含ClassA的智能指针对象
};

// main.cpp
shared_ptr<ClassA> spa(new ClassA()); // spa引用计数为1
shared_ptr<ClassB> spb(new ClassB()); // spb引用计数为1
spa->spb_ = spb; // spb引用计数+1为2
spb->spa_ = spa; // spa引用计数+1为2
cout << spa.use_count() << endl;  // 输出为2
cout << spb.use_count() << endl; // 输出为2
// 析构spa时，发现引用计数为2，则减少为1；析构spb时，发现引用计数为2，则减少为1；从而造成资源无法释放。

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怎么解决？

在类A和类B中使用弱引用 weak_ptr 对象； weak_ptr不会增加智能指针的资源引用计数。

// CirCle2.h
class ClassB2;
class ClassA2 {
public:
    ClassA2() { cout << "ClassA构造" << endl;}
    ~ClassA2() { cout << "ClassA析构" << endl;}
    weak_ptr<ClassB2> spb_;
};

class ClassB2 {
public:
    ClassB2() { cout << "ClassA构造" << endl;}
    ~ClassB2() { cout << "ClassA析构" << endl;}
    weak_ptr<ClassA2> spa_;
};
// main.cpp
shared_ptr<ClassA2> spa(new ClassA2()); // spa引用计数为1
shared_ptr<ClassB2> spb(new ClassB2()); // spb引用计数为1
spa->spb_ = spb; // spb引用计数为1
spb->spa_ = spa; // spa引用计数为1
cout << spa.use_count() << endl;  // 输出为1
cout << spb.use_count() << endl; // 输出为1
// 析构函数正常释放spa和spb对象，从而正常释放类AB的实例

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weak_ptr的使用策略？

1. weak_ptr是c++11引入的特性，主要是为了解决shared_ptr引用循环问题。它本身是个模板类，但是不能直接生成一个实例，必须通过shared_ptr或者另一个weak_ptr来实例化，并且没有重载运算符*和->，因此它不具备指针属性，它提供了lock和expired函数，通过expired可以检查对象是否有效，lock可以返回shared_ptr；当weak_ptr空悬，也称失效，则lock返回的shared_ptr为空，否则返回的shared_ptr会使引用计数增加。
2. 利用weak_ptr有效性检查，可以将weak_ptr作为观察者，当weak_ptr失效时可以不用通知这个观察者。