智能指针

unique_ptr

为什么引入智能指针unique_ptr

普通指针的不足

1. 内存泄漏：最常见的00问题是忘记释放分配给指针的内存，导致内存泄漏。这通常发生在异常情况或程序员忘记在不再需要内存时释放它。
2. 悬空指针：当对象被删除，但指针未被重置时，指针就悬空了。悬空指针可能会指向无效的内存区域，尝试访问可能会导致未定义的行为。
3. 所有权不明：当指针被传递给另一个函数或线程时，很难跟踪谁拥有该指针，并负责最终的删除。这种所有权不明确常导致多重释放或非预期的内存泄漏。
4. 资源管理困难：对于非内存资源（如文件句柄、网络连接等），使用普通指针进行管理同样需要程序员手动关闭或释放资源，这增加了出错的可能性。

普通指针的释放

1. 类内的指针：在析构函数中释放。
2. C++内置数据类型，如何释放？
3. new出来的类，本身如何释放？

智能指针的设计思路

智能指针的核心设计思路是利用对象的生命周期来管理资源（特别是内存），从而避免资源泄露和其他相关问题。

1. 智能指针是类模板，在栈上创建智能指针对象。
   智能指针在本质上是模板类，意味着它们可以用于指向任何类型的对象。
2. 把普通指针交给智能指针管理。
   当你创建了一个原始指针后，你可以将其交给一个智能指针来管理。这样做的好处是，智能指针会负责这个原始指针所指向的内存的释放工作。
3. 智能指针对象过期时，调用析构函数释放普通指针的内存。
   由于智能指针是在栈上分配的，因此当智能指针的生命周期结束（例如，当它超出作用域时）时，它的析构函数会自动被调用。在智能指针的析构函数中，它会释放其管理的原始指针的内存。

unique_ptr 使用

unique_ptr提供了严格的所有权管理机制，通过独占的方式管理其指向的对象。也就是说unique_ptr拥有其指向的对象，确保同一时间只有一个unique_ptr拥有该对象。当这个unique_ptr被销毁（例如，超出作用域）时，指向的对象也随即被销毁。

使用unique_ptr需要包含头文件#include

unique_ptr的结构

#include 

template <typename T, typename D = std::default_delete<T>>
class unique_ptr {
public:
    // 基础构造函数，接受一个指向已分配对象的指针。
    explicit unique_ptr(T* p = nullptr) noexcept : ptr(p) {}

    // 析构函数，负责释放 unique_ptr 拥有的对象。
    ~unique_ptr() {
        if (ptr) {
            D deleter;
            deleter(ptr); // 默认使用 delete 删除器
        }
    }

    // 移动构造函数，接受一个右值引用至其他 unique_ptr。
    // “窃取”资源，将源 unique_ptr 置为空状态。
    unique_ptr(unique_ptr&& other) noexcept : ptr(other.ptr) {
        other.ptr = nullptr;
    }

    // 移动赋值操作符，接受一个右值引用至其他 unique_ptr。
    // 释放当前对象，接管新对象的资源，将源 unique_ptr 置为空状态。
    unique_ptr& operator=(unique_ptr&& other) noexcept {
        if (this != &other) {
            reset(); // 释放当前指针
            ptr = other.ptr; // 接管资源
            other.ptr = nullptr; // 将源 unique_ptr 置空
        }
        return *this;
    }

    // 禁用拷贝构造函数
    unique_ptr(const unique_ptr&) = delete;

    // 禁用拷贝赋值操作符
    unique_ptr& operator=(const unique_ptr&) = delete;

    // 解引用操作符，返回所指对象的引用。
    T& operator*() const {
        return *ptr;
    }

    // 箭头操作符，允许通过 unique_ptr 访问其所拥有对象的成员。
    T* operator->() const noexcept {
        return ptr;
    }

    // 释放 unique_ptr 对象的所有权，返回原始指针，unique_ptr 不再负责对象的删除。
    T* release() noexcept {
        T* old_ptr = ptr;
        ptr = nullptr;
        return old_ptr;
    }

    // 释放 unique_ptr 当前拥有的对象，并可选地接受一个新的对象指针。
    void reset(T* p = nullptr) noexcept {
        if (ptr) {
            D deleter;
            deleter(ptr); // 删除当前对象
        }
        ptr = p; // 接受新的对象指针（如果提供的话）
    }

private:
    T* ptr; // 内部原始指针，指向 unique_ptr 所拥有的对象。
};

• 第一个模板参数 T 是指针指向的对象类型。
• 第二个模板参数 D 是用于删除所拥有对象的策略，即删除器。默认情况下，使用的是 default_delete，它会用 delete 操作符来删除对象。

基本用法

测试类AA的定义：

class AA
{
public:
	string m_name;
	AA() { cout << m_name << "调用构造函数AA()。\n"; }
	AA(const string & name) : m_name(name) { cout << "调用构造函数AA("<< m_name << ")。\n"; }
	~AA() { cout << m_name << "调用了析构函数~AA(" << m_name << ")。\n"; }
};

1. 初始化

方法一：直接初始化

unique_ptr<AA> p1(new AA("天梦"));

方法二：使用 std::make_unique（C++14 及以后版本推荐使用）

auto p1 = make_unique<AA>("天梦");   // 使用 make_unique (类型推断)
unique_ptr<AA> p2 = make_unique<AA>("天梦");  // 明确指定类型

方法三：使用已存在的指针（不推荐）

AA* p = new AA("西施");
unique_ptr<AA> p0(p);  // 用已存在的地址初始化，这种方式不推荐因为它可能导致所有权不明确。

2. 使用方法

unique_ptr 重载了解引用操作符 * 和箭头操作符 ->，这意味着它们可以像普通指针一样使用，但它们提供了额外的内存管理功能。

auto p = make_unique<AA>("天梦");
p->method();  // 调用对象的方法
(*p).method();  // 同上

不支持拷贝构造和拷贝赋值，因为 unique_ptr 的设计目的是提供对其所指对象的唯一所有权。

下面具体解释一下为什么unique_ptr不支持拷贝构造和拷贝赋值。

我认为unique_ptr它核心是提供了对动态分配内存的“独占所有权”。这种所有权模型具有严格限制，为了避免资源泄露和与其他资源共享相关的问题。

1. 防止资源的多重删除：如果说unique_ptr能够被复制，那么你最终会得到多个智能指针实例指向同一个资源。这本身并不坏，但问题在于每个实例可能都认为自己“拥有”资源，因此，当这些实例中其中一个离开作用域销毁其拥有的资源后，会导致其他指向同一资源的unique_ptr实例成为野指针，他们也可能尝试删除已经不复存在的资源，从而导致未定义行为，通常是程序崩溃。
2. 强化唯一所有权语义：unique_ptr 的核心思想是它是资源的唯一所有者。允许复制会破坏这种唯一性，因为复制的结果是有两个所有者指向同一个资源。通过禁止复制，unique_ptr 确保了所有权的概念始终得到维护，你可以明确地知道资源的生命周期和所有者身份。
3. 异常安全：使用原始指针的代码通常对异常情况的处理不够，可能会导致资源泄漏。例如，如果在执行复制操作的过程中抛出异常，程序可能会处于一种状态，其中某些已分配资源没有被清理。而 unique_ptr 通过确保资源只有一个所有者来避免这种情况，即使在异常情况下，也会在 unique_ptr 对象销毁时释放资源。

AA* p = new AA("天梦");
	unique_ptr<AA> pu2 = p;              // 错误，不能把普通指针直接赋给智能指针。
	unique_ptr<AA> pu3 = new AA("天梦"); // 错误，不能把普通指针直接赋给智能指针。
	unique_ptr<AA> pu2 = pu1;           // 错误，不能用其它unique_ptr拷贝构造。
	unique_ptr<AA> pu3;
	pu3 = pu1;                            // 错误，不能用=对unique_ptr进行赋值。

但是，你可以通过移动语义转移所有权：

unique_ptr<AA> p1 = make_unique<AA>("天梦");
unique_ptr<AA> p2 = std::move(p1); // p1 释放所有权，p2 成为新的所有者

• 注意：

1. 不要用同一个原始指针（普通指针、裸指针）初始化多个unique_ptr对象。
2. get()方法返回裸指针。
3. 不要用unique_ptr管理不是new分配的内存。
4. 不支持指针算术（即，不支持 +, -, ++, --）。

请看简单示例：

#include 
#include 
using namespace std;

class AA
{
public:
    string m_name;
    AA() { cout << m_name << "调用构造函数AA()。\n"; }
    AA(const string & name) : m_name(name) { cout << "调用构造函数AA("<< m_name << ")。\n"; }
    ~AA() { cout << m_name << "调用了析构函数~AA(" << m_name << ")。\n"; }
};


int main() {
    AA* p = new AA("天梦");  // 定义原始指针p，分配内存并构造AA对象。
    unique_ptr<AA> pu(p);  // 创建智能指针对象，接管原始指针p的内存管理权。
    
    cout << "裸指针的值是: " << p << endl;  // 显示原始指针的内存地址。
    cout << "pu输出的结果是: " << pu.get() << endl;  // 显示智能指针管理的对象的内存地址。
    cout << "pu.get() 输出的结果是: " << pu.get() << endl;  // 同上，显示智能指针中存储的原始指针地址。
    cout << "pu的地址是: " << &pu << endl;  // 显示智能指针自身的地址。

    return 0;
}

其中pu输出的结果是智能指针管理的对象的内存地址。这是因为unique_ptr重载了operator<<，返回的是unique_ptr所指向的对象的内存地址，就像它是一个裸指针一样。

3. 用于函数的参数

当 unique_ptr 作为函数参数时，通常传递引用或者通过 std::move 转移所有权，因为它们不支持拷贝语义。

void some_function(unique_ptr<AA>& ptr) {
    // 不会转移所有权的函数
}

void some_function_take_ownership(unique_ptr<AA> ptr) {
    // 接受所有权的函数
}

// 调用
auto p = make_unique<AA>("天梦");
some_function(p);  // 传递引用，p 仍然拥有对象
some_function_take_ownership(std::move(p));  // 转移所有权，p 不再拥有对象

unique_ptr的使用技巧

1. 将一个unique_ptr赋给另一个时，如果源unique_ptr是一个临时右值，编译器允许这样做。如果源unique_ptr将存在一段时间，编译器禁止这样做。一般用于函数的返回值。

   unique_ptr<AA> p0;
   p0 = unique_ptr<AA>(new AA ("天梦")); //使用匿名对象赋值。
   

   我们使用移动赋值操作符将临时 unique_ptr 的所有权赋给 p0。在这个操作完成后，p0 现在拥有这个 AA 对象，而临时的 unique_ptr 不再拥有任何对象。

2. 用nullptr给unique_ptr赋值将释放对象，空的unique_ptr == nullptr。

      unique_ptr<AA> p (new AA("天梦"));
      if(p != nullptr) cout<< "p is not null" << endl;
   
      p = nullptr;
      if(p == nullptr) cout<< "p is null" << endl;
   

   如果你使用 nullptr 给 std::unique_ptr 赋值，它将释放其当前所拥有的对象（如果有的话），并将内部指针设置为 nullptr。这可以被用作一种释放 unique_ptr 所拥有的资源的方法。

3. release()释放对原始指针的控制权，将unique_ptr置为空，返回裸指针（可以用于把unique_ptr传递给子函数，子函数将负责释放对象）

4. std::move()可以转移对原始指针的控制权。（可用于把unique_ptr传递给子函数，子函数形参也是unique_ptr）

   #include 
   #include 
   using  namespace std;
   
   class AA
   {
   public:
   	string m_name;
   	AA() { cout << m_name << "调用构造函数AA()。\n"; }
   	AA(const string & name) : m_name(name) { cout << "调用构造函数AA("<< m_name << ")。\n"; }
   	~AA() { cout << "调用了析构函数~AA(" << m_name << ")。\n"; }
   };
   
   // 函数func1()需要一个指针，但不对这个指针负责。
   void func1(const AA* a) {
   	cout << a->m_name << endl;
   }
   
   // 函数func2()需要一个指针，并且会对这个指针负责。
   void func2(AA* a) {
   	cout << a->m_name << endl;
   	delete a;
   }
   
   // 函数func3()需要一个unique_ptr，不会对这个unique_ptr负责。
   void func3(const unique_ptr<AA> &a) {
   	cout << a->m_name << endl;
   }
   
   // 函数func4()需要一个unique_ptr，并且会对这个unique_ptr负责。
   void func4(unique_ptr<AA> a) {
   	cout << a->m_name << endl;
   }
   
   int main()
   {
   	unique_ptr<AA> pu(new AA("tianmeng"));
   
   	cout << "开始调用函数。\n";
   	//func1(pu.get());        // 函数func1()需要一个指针，但不对这个指针负责。
   	//func2(pu.release());  // 函数func2()需要一个指针，并且会对这个指针负责。
   	//func3(pu);                // 函数func3()需要一个unique_ptr，不会对这个unique_ptr负责。
   	func4(move(pu));     // 函数func4()需要一个unique_ptr，并且会对这个unique_ptr负责。
   	cout << "调用函数完成。\n";
   
   	if (pu == nullptr) cout << "pu是空指针。\n";
   }
   

5. reset()释放对象。

   void reset(T * _ptr= (T *) nullptr);
   pp.reset();        // 释放pp对象指向的资源对象。
   pp.reset(nullptr);  // 释放pp对象指向的资源对象
   pp.reset(new AA("bbb"));  // 释放pp指向的资源对象，同时指向新的对象。
   

6. swap()交换两个unique_ptr的控制权

   pp1.swap(pp2); // 交换两个 unique_ptr 的所有权
   

7. unique_ptr也可象普通指针那样，当指向一个类继承体系的基类对象时，也具有多态性质，如同使用裸指针管理基类对象和派生类对象那样。

   #include 
   #include 
   using namespace std;
   
   class Base {
   public:
       virtual ~Base() = default;
       virtual void show() const {
           cout << "Base class" << endl;
       }
   };
   
   class Derived : public Base {
   public:
       void show() const override {
           cout << "Derived class" << endl;
       }
   };
   
   int main() {
       unique_ptr<Base> basePtr = make_unique<Derived>();
       basePtr->show();  // Outputs: Derived class
   
       return 0;
   }
   

8. unique_ptr不是绝对安全，如果程序中调用exit()退出，全局的unique_ptr可以自动释放，但局部的unique_ptr无法释放。

   #include 
   #include 
   using  namespace std;
   
   class AA
   {
   public:
      string m_name;
      AA() { cout << m_name << "调用构造函数AA()。\n"; }
      AA(const string & name) : m_name(name) { cout << "调用构造函数AA("<< m_name << ")。\n"; }
      ~AA() { cout << "调用了析构函数~AA(" << m_name << ")。\n"; }
   };
   
   unique_ptr<AA> p (new AA("全局变量"));
   
   int main(){
      unique_ptr<AA> p1(new AA("局部变量"));
   
      exit(0);
   }
   

9. unique_ptr提供了支持数组的具体化版本。

   数组版本的unique_ptr，重载了操作符[]，操作符[]返回的是引用，可以作为左值使用。
   声明unique_ptr管理的数组：

   unique_ptr<int[]> myArray(new int[5]);
   

   或者使用现代的 std::make_unique 函数（从 C++14 开始支持数组版本）：

   auto myArray = std::make_unique<int[]>(5);
   

   与裸指针数组类似，你可以使用 [] 操作符来访问数组中的每个元素。由于返回的是引用，你可以用它作为左值

shared_ptr

shared_ptr共享它所指向的对象，多个shared_ptr可以指向（关联）相同的的对象，并且在内部采用计数机制来实现。

当新的shared_ptr与对象关联时，引用计数加一。

当shared_ptr超出作用域时，引用计数减1。当引用计数变为0时，则表示没有任何shared_ptr与对象关联，则释放该对象。

基本用法

初始化

1. 方法一：直接使用构造函数

   shared_ptr<AA> p0(new AA("西施"));
   

2. 方法二：使用mark_shared

   shared_ptr<AA> p0 = make_shared<AA>("天梦");  // C++11标准，效率更高。
   shared_ptr<int> pp1=make_shared<int>();         // 数据类型为int。
   shared_ptr<AA> pp2 = make_shared<AA>();       // 数据类型为AA，默认构造函数。
   shared_ptr<AA> pp3 = make_shared<AA>("天梦");  // 数据类型为AA，一个参数的构造函数。
   shared_ptr<AA> pp4 = make_shared<AA>("天梦",8); // 数据类型为AA，两个参数的构造函数。
   

3. 方法三：采用已有的裸指针

   AA* p1 = new AA("天梦");
   shared_ptr<AA> p2(p1);
   

4. 方法四：复制构造和赋值函数

   shared_ptr<AA> p3 = p0;  // 使用赋值操作符
   shared_ptr<AA> p4(p0);  // 使用复制构造函数
   

使用方法

• 操作符重载：shared_ptr 重载了 * 和 ->，这意味着你可以像使用裸指针一样使用它。
• 引用计数：你可以使用 use_count() 方法来查询当前有多少个 shared_ptr 共享同一个对象。而 unique() 方法则检查是否只有一个 shared_ptr 指向该对象。
• 赋值操作： shared_ptr支持赋值，左值的shared_ptr的计数器将减1，右值shared_ptr的计算器将加1。
• 获取裸指针：get() 方法可以返回内部的裸指针，但通常应该避免使用它，除非真的需要裸指针。
• 注意事项：不应该使用同一个裸指针来初始化多个独立的 shared_ptr，这会导致在程序结束时该对象被多次删除，从而引起未定义的行为。

用于函数的参数

与unique_ptr相同

shared_ptr的使用技巧

1. 用nullptr给shared_ptr赋值将把计数减1，如果计数为0，将释放对象，空的shared_ptr==nullptr。
2. std::move()可以转移对原始指针的控制权。还可以将unique_ptr转移成shared_ptr。
3. reset()改变与资源的关联关系。
4. swap()交换两个shared_ptr的控制权。
5. shared_ptr也可象普通指针那样，当指向一个类继承体系的基类对象时，也具有多态性质，如同使用裸指针管理基类对象和派生类对象那样。
6. shared_ptr不是绝对安全，如果程序中调用exit()退出，全局的shared_ptr可以自动释放，但局部的shared_ptr无法释放。
7. shared_ptr的引用计数是线程安全的，但在多线程环境中修改shared_ptr或其所指向的对象时仍需要加锁。
8. 如果unique_ptr足以解决问题，那么优先选择unique_ptr。因为unique_ptr比shared_ptr更高效，使用的资源也更少。

智能指针的删除器

在C++中，尽管智能指针可以自动删除所指向的对象，但在某些情况下，可能需要以特定的方式删除这些对象，例如，当对象是在非标准堆上分配的，或者与其他资源（如文件句柄或数据库连接）相关联时。这时，自定义删除器就派上了用场。

删除器是什么？

默认情况下，智能指针，如shared_ptr和unique_ptr，在其生命周期结束时使用delete操作符来释放其管理的对象。但是，你可以提供一个自定义的删除器，以便更改智能指针的行为。

删除器可以是：

• 全局函数：这是一个简单的函数，接受一个原始指针参数，并执行所需的清理操作。
• 仿函数（Functor）：这是一个定义了operator()的类或结构。它可以保持状态，并可以作为删除器使用。
• Lambda表达式：这是一个简短的、可内联的匿名函数。它非常适合作为简短的删除器。

注意：智能指针使用删除器时，只要在模板签名里指定删除器的类型。

如：

unique_ptr <AA,*decltype*(deletefunc)*> p4(*new* AA("p4"),deletefunc);  *//* *普通函数*

下面是详细示例：

#include 
#include 
#include 
#include 

using namespace std;

class AA
{
public:
    string m_name;
    AA() { cout << m_name << "调用构造函数AA()。\n"; }
    AA(const string & name) : m_name(name) { cout << "调用构造函数AA("<< m_name << ")。\n"; }
    ~AA() { cout << "调用了析构函数~AA(" << m_name << ")。\n"; }
};

void deletefunc(AA *a){  // 自定义删除器   普通函数
    cout<<"自定义删除器（全局函数）"<<endl;
    delete a;
}

struct deleteclass{    // 自定义删除器 仿函数
    void operator()(AA *a){
        cout<<"自定义删除器（仿函数）"<<endl;
        delete a;
    }
};

auto deletelambda = [](AA *a){  // 自定义删除器 lambda表达式
    cout<<"自定义删除器（lambda表达式）"<<endl;
    delete a;
};

int main(){
    shared_ptr <AA> p1(new AA("p1"),deletefunc);  // 普通函数
    shared_ptr <AA> p2(new AA("p2"),deleteclass());  // 仿函数
    shared_ptr <AA> p3(new AA("p3"),deletelambda);  // lambda表达式
    
    unique_ptr <AA,decltype(deletefunc)*> p4(new AA("p4"),deletefunc);  // 普通函数
    unique_ptr <AA,void (*)(AA *)> p5(new AA("p5"),deletefunc);  // 普通函数
    unique_ptr <AA,deleteclass> p6(new AA("p6"));  // 仿函数
    unique_ptr <AA,decltype(deletelambda)> p7(new AA("p7"),deletelambda);  // lambda表达式
    
}

weak_ptr

shared_ptr存在的问题

首先，我们要明确shared_ptr的主要优点：自动引用计数。这意味着每当有一个新的shared_ptr指向同一个资源，这个资源的引用计数会增加，当某个shared_ptr不再存在，计数会减少。只有当引用计数为0时，资源才会被释放。然而，这种机制有一个重要的弱点，就是循环引用。

循环引用

循环引用发生在两个或多个shared_ptr对象相互引用，导致他们之间形成了一个引用环。在这种情况下，涉及到的所有对象的引用计数都不会将至为0，这就意味着这些对象永远不会被自动删除，从而导致内存泄漏。

#include 
#include 
using namespace std;

class B;

class A {
public:
    shared_ptr<B> b_ptr;
    ~A() {
        cout << "A destructor called!" << endl;
    }
};

class B {
public:
    shared_ptr<A> a_ptr;
    ~B() {
        cout << "B destructor called!" << endl;
    }
};

int main() {
    {
        shared_ptr<A> a = make_shared<A>();
        shared_ptr<B> b = make_shared<B>();

        a->b_ptr = b;  // A对象引用B对象
        b->a_ptr = a;  // B对象引用A对象
    }  // a和b的析构函数都不会被调用，因为存在循环引用

    cout << "End of main()" << endl;
}

在上述示例中，我们在A和B两个类中，分别创建了一个shared_ptr指向另一个类的对象，并在main函数中创建A和B的shared_ptr实例，互相引用。

由于A的实例持有指向B的shared_ptr，并且B的实例持有指向A的shared_ptr，所以两者形成了一个引用循环。当我们退出作用域后，尽管a和b的生命周期已经结束，但由于存在循环引用，它们的引用计数都不为0，因此析构函数不会被调用，从而导致内存泄漏。

weak_ptr是什么

为了解决shared_ptr可能导致的循环引用问题，C++11引入了weak_ptr，与shared_ptr不同，weak_ptr不会增加或减少其所观察对象的引用计数。这意味着weak_ptr可以观察一个对象，但不会导致该对象的生命期延长或缩短。

功能和用途：

• weak_ptr主要与shared_ptr一起使用，以观察shared_ptr所拥有的资源。
• 当weak_ptr观察的资源被销毁（例如，所有的shared_ptr都被销毁了）时，weak_ptr可以检测到这一点。
• weak_ptr是shared_ptr的一个"安全伙伴"，使开发人员能够安全地管理复杂的对象关系，避免循环引用导致的内存泄漏。

如何使用weak_ptr

由于weak_ptr没有重载的->和*操作符，您不能直接通过weak_ptr来访问其观察的对象。但您可以通过以下方式与weak_ptr互动：

1. operator=()：此操作允许您将一个shared_ptr或另一个weak_ptr赋值给当前的weak_ptr。这样，weak_ptr就可以观察（但不共享）该资源。
2. expired()：此函数用于检查weak_ptr指向的资源是否仍然存在。如果资源已经被销毁（即与之相关的所有shared_ptr都已经被销毁），则expired()返回true。
3. lock()：这可能是weak_ptr中最常用的函数。它尝试获取指向对象的shared_ptr。如果对象仍然存在（即其引用计数不为0），lock()返回一个有效的shared_ptr。否则，它返回一个空的shared_ptr。这是一个线程安全的操作。
4. reset()：这将使weak_ptr不再指向任何对象，即它将其内部指针置为空。
5. swap()：此函数交换两个weak_ptr对象的内容。

使用weak_ptr的常见场景：

• 解决循环引用：如果两个对象互相引用并且使用shared_ptr，可能会出现循环引用的问题。在这种情况下，您可以使用weak_ptr来打破这种循环。
• 缓存和池：如果您正在实现某种资源池或缓存，并希望知道某资源是否仍在使用（但不想阻止其被删除），weak_ptr是一个好选择。
• 观察者模式：当对象需要被多个观察者观察，但不应该由观察者保持活跃时，可以使用weak_ptr。

下面是一个简单示例：

#include 
#include 

using namespace std;

class Sample {
public:
    Sample() {
        cout << "Sample constructor called!" << endl;
    }
    ~Sample() {
        cout << "Sample destructor called!" << endl;
    }
};

int main() {
    // 使用 shared_ptr 创建一个 Sample 对象
    shared_ptr<Sample> sp1 = make_shared<Sample>();

    // 使用 weak_ptr 指向该 Sample 对象
    weak_ptr<Sample> wp1;

    // 1. operator=()
    wp1 = sp1; // 使用 operator=() 将 shared_ptr 赋值给 weak_ptr

    // 使用 weak_ptr 指向同一个 Sample 对象
    weak_ptr<Sample> wp2 = wp1;

    // 2. expired()
    if (wp1.expired()) {
        cout << "wp1 is expired." << endl;
    } else {
        cout << "wp1 is not expired." << endl;
    }

    // 3. lock()
    shared_ptr<Sample> sp2 = wp1.lock(); // 提升 weak_ptr 为 shared_ptr
    if (sp2) {
        cout << "Successfully locked wp1!" << endl;
    }

    // 释放 sp1 指向的资源
    sp1.reset();

    if (wp1.expired()) {
        cout << "wp1 is now expired." << endl;
    }

    // 4. reset()
    wp2.reset(); // 将 wp2 置为空

    if (wp2.expired()) {
        cout << "wp2 is expired." << endl;
    }

    // 5. swap()
    wp1.swap(wp2); // 交换 wp1 和 wp2 的内容

    if (wp2.expired()) {
        cout << "After swap, wp2 is still expired." << endl;
    }
    if (wp1.expired()) {
        cout << "After swap, wp1 is now expired." << endl;
    }

    return 0;
}