智能指针(weak_ptr )之三
1. std::weak_ptr
1.1 定义与用法
std::weak_ptr 是一种不拥有对象所有权的智能指针，用于观察但不影响对象的生命周期。主要用于解决 shared_ptr 之间的循环引用问题。
主要特性：
- 非拥有所有权：不增加引用计数。
- 可从
shared_ptr生成：通过std::weak_ptr可以访问shared_ptr管理的对象。 - 避免循环引用：适用于双向关联或观察者模式。
1.2 避免循环引用
在存在双向关联（如父子关系）时，使用多个 shared_ptr 可能导致循环引用，导致内存泄漏。此时，可以使用 weak_ptr 来打破循环。
1.3 代码案例
场景：带有循环引用的观察者模式（天气预报系统）
#include 输出：
结果：产生引用循环Observer 和 Subject 没有销毁 导致内存泄漏
[WeatherStation] New temperature: 32°C
[AppClient] Received temperature: 32°C
[main] Exiting...
----------------------------------------------------------------------------
//解除station->setTemperature(36.5f);
结果： 不会产生引用循环
[WeatherStation] New temperature: 32°C
[AppClient] Received temperature: 32°C
[WeatherStation] New temperature: 36.5°C
[AppClient] Received temperature: 36.5°C
[AppClient] Too hot! Unsubscribing...
[main] Exiting...
[AppClient] destroyed
Observer destroyed
[WeatherStation] destroyed
Subject destroyed
解决方案：使用 weak_ptr
改用 weak_ptr 其中一方，打破循环引用。
方式一 把AppClient里面的station改为weak_ptr类型，其他操作也做出相应改变
//方式一 把AppClient里面的station改为weak_ptr类型，其他操作也做出相应改变
#include 输出：
[WeatherStation] New temperature: 32°C
[AppClient] Received temperature: 32°C
[main] Exiting...
[WeatherStation] destroyed
[AppClient] destroyed
Observer destroyed
Subject destroyed
方式二 把WeatherStation里面的observers改为weak_ptr类型，其他操作也做出相应改变
#include observer) override {
// std::cout << "[WeatherStation] detach\n";
// std::weak_ptr temp = observer;
// observers.erase(std::remove(observers.begin(), observers.end(), temp), observers.end());
// }
//如果改成这样的话，思路很接近核心，看起来像是合理的，但它其实 仍然不行
//原因就在于：std::weak_ptr 不支持 == 比较（哪怕是彼此之间），除非你先把它们 lock 成 shared_ptr
//两个 weak_ptr 即使指向相同的对象，它们也可能过期（expired）
//无法确定“空的”和“已销毁”的哪个该算“相等”
// 通知所有观察者，调用它们的 update()
void notify() override
{
for (auto &obs : observers)
{
if (!obs.expired()) // 修改3
obs.lock()->update(temperature);
}
}
// 模拟温度变化，触发通知
void setTemperature(float t)
{
temperature = t;
std::cout << "[WeatherStation] New temperature: " << t << "°C\n";
notify();
}
~WeatherStation()
{
std::cout << "[WeatherStation] destroyed\n";
}
};
// -------------------- 观察者实现部分 --------------------
// App 实现观察者接口：当温度太高，会自动注销
class AppClient : public Observer, public std::enable_shared_from_this<AppClient>
{
private:
std::shared_ptr<WeatherStation> station; // ❌ 持有 shared_ptr，形成循环引用
public:
// 构造函数，记录主题指针
AppClient(std::shared_ptr<WeatherStation> s) : station(s) {}
// 被通知时调用
void update(float temp) override
{
std::cout << "[AppClient] Received temperature: " << temp << "°C\n";
// 如果温度过高，就自动注销
if (temp > 35.0f)
{
std::cout << "[AppClient] Too hot! Unsubscribing...\n";
// ❌ 使用 shared_from_this() 注销自己，导致循环引用无法释放
station->detach(shared_from_this());
}
}
// 析构函数
~AppClient()
{
std::cout << "[AppClient] destroyed\n";
}
};
// -------------------- 主函数 --------------------
int main()
{
// 创建主题对象（天气系统）
std::shared_ptr<WeatherStation> station = std::make_shared<WeatherStation>();
// 创建观察者对象（App），并订阅
std::shared_ptr<AppClient> app = std::make_shared<AppClient>(station);
station->attach(app);
// 第一次更新温度，通知观察者
station->setTemperature(32.0f);
// 第二次更新温度，观察者会自动注销
// station->setTemperature(36.5f); //如果解除这一步，那么不会产生引用循环
// 程序即将结束
std::cout << "[main] Exiting...\n";
return 0;
}
输出：
[WeatherStation] New temperature: 32°C
[AppClient] Received temperature: 32°C
[main] Exiting...
[AppClient] destroyed
Observer destroyed
[WeatherStation] destroyed
Subject destroyed
1.4 访问 weak_ptr 指向的对象
weak_ptr 不能直接访问对象，需要通过 lock() 方法转换为 shared_ptr，并检查对象是否仍然存在。
- std::weak_ptr::expired()
- 功能：std::weak_ptr 的 expired() 成员函数用于检查 std::weak_ptr 所引用的对象是否已经被销毁（即关联的 std::shared_ptr 的引用计数是否已变为 0）。
- 返回值：
- bool类型
- true：表示 std::weak_ptr 已过期（引用的对象已被销毁）。
- false：表示 std::weak_ptr 未过期（引用的对象仍然存在）。
- bool类型
#include 输出：
Value: 42
Object no longer exists.
解析：
wp.lock()返回一个shared_ptr，如果对象依然存在，则有效。sp.reset()释放资源后，wp.lock()无法获取有效的shared_ptr。