std::shared_ptr 和 std::weak_ptr的用法以及引用计数的循环引用问题

在std::shared_ptr被引入之前，C++标准库中实现的用于管理资源的智能指针只有std::auto_ptr一个而已。
std::auto_ptr的作用非常有限，因为它存在被管理资源的所有权转移问题。
这导致多个std::auto_ptr类型的局部变量不能共享同一个资源，这个问题是非常严重的哦。


因为，我个人觉得，智能指针内存管理要解决的根本问题是：
一个堆对象（或则资源，比如文件句柄）在被多个对象引用的情况下，何时释放资源的问题。
何时释放很简单，就是在最后一个引用它的对象被释放的时候释放它。
关键的问题在于无法确定哪个引用它的对象是被最后释放的。


std::shared_ptr确定最后一个引用它的对象何时被释放的基本想法是：
对被管理的资源进行引用计数，当一个shared_ptr对象要共享这个资源的时候，该资源的引用计数加1，
当这个对象生命期结束的时候，再把该引用技术减少1。
这样当最后一个引用它的对象被释放的时候，资源的引用计数减少到0，此时释放该资源。


下边是一个shared_ptr的用法例子：


#include <iostream>  
#include <memory>  
  
class Woman;  
class Man{  
private:  
    std::weak_ptr<Woman> _wife;  
    //std::shared_ptr<Woman> _wife;  
public:  
    void setWife(std::shared_ptr<Woman> woman){  
        _wife = woman;  
    }  
  
    void doSomthing(){  
        if(_wife.lock()){  
        }  
    }  
  
    ~Man(){  
        std::cout << "kill man\n";  
    }  
};  
  
class Woman{  
private:  
    //std::weak_ptr<Man> _husband;  
    std::shared_ptr<Man> _husband;  
public:  
    void setHusband(std::shared_ptr<Man> man){  
        _husband = man;  
    }  
    ~Woman(){  
        std::cout <<"kill woman\n";  
    }  
};  
  
  
int main(int argc, char** argv){  
    std::shared_ptr<Man> m(new Man());  
    std::shared_ptr<Woman> w(new Woman());  
    if(m && w) {  
        m->setWife(w);  
        w->setHusband(m);  
    }  
    return 0;  
}  


在Man类内部会引用一个Woman，Woman类内部也引用一个Man。


当一个man和一个woman是夫妻的时候，他们直接就存在了相互引用问题。
man内部有个用于管理wife生命期的shared_ptr变量，也就是说wife必定是在husband去世之后才能去世。
同样的，woman内部也有一个管理husband生命期的shared_ptr变量，也就是说husband必须在wife去世之后才能去世。
这就是循环引用存在的问题：
  husband的生命期由wife的生命期决定，
  wife的生命期由husband的生命期决定，
  最后两人都死不掉，违反了自然规律，导致了内存泄漏。


解决std::shared_ptr循环引用问题的钥匙在weak_ptr手上。
weak_ptr对象引用资源时不会增加引用计数，但是它能够通过lock()方法来判断它所管理的资源是否被释放。
另外很自然地一个问题是：既然weak_ptr不增加资源的引用计数，
那么在使用weak_ptr对象的时候，资源被突然释放了怎么办呢？


呵呵，答案是你根本不能直接通过weak_ptr来访问资源。那么如何通过weak_ptr来间接访问资源呢？
答案是：在需要访问资源的时候weak_ptr为你生成一个shared_ptr，
shared_ptr能够保证在shared_ptr没有被释放之前，其所管理的资源是不会被释放的。
创建shared_ptr的方法就是lock()方法。


细节：shared_ptr实现了operator bool() const方法来判断一个管理的资源是否被释放。