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shared_ptr循环引用会导致什么问题 如何用weak_ptr避免内存泄漏

P粉602998670

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发布时间:2025-07-01 12:53:01

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来源于php中文网

原创

shared_ptr循环引用是指两个对象互相持有对方的shared_ptr,导致引用计数无法归零而引发内存泄漏。例如,结构体a持有b的shared_ptr,b也持有a的shared_ptr,当外部不再引用它们时,内部引用仍保持计数,阻止释放。解决方法是使用weak_ptr替代其中一个shared_ptr,如将b中的a_ptr改为weak_ptr,则不会增加a的引用计数,从而打破循环。使用weak_ptr时需注意:1.访问前必须调用lock()获取shared_ptr;2.需判断lock()返回是否为空;3.适用于观察者等无需强引用的场景。常见易发循环引用的场景包括:树形结构中父子节点互指、观察者模式订阅者与发布者互指、gui控件间互指等,这些都可通过改用weak_ptr避免内存泄漏。

shared_ptr循环引用会导致什么问题 如何用weak_ptr避免内存泄漏

shared_ptr 的循环引用会导致内存泄漏,这是使用智能指针管理资源时常见的一个坑。简单来说,当两个对象互相持有对方的 shared_ptr 时,它们的引用计数永远无法降为0,于是谁都不会被释放,造成内存泄露。

shared_ptr循环引用会导致什么问题 如何用weak_ptr避免内存泄漏

什么是 shared_ptr 循环引用?

循环引用通常发生在两个对象彼此持有对方的 shared_ptr。例如:

shared_ptr循环引用会导致什么问题 如何用weak_ptr避免内存泄漏
struct B;

struct A {
    std::shared_ptr b_ptr;
};

struct B {
    std::shared_ptr a_ptr;
};

当你创建两个对象并让它们互相引用时:

auto a = std::make_shared();
auto b = std::make_shared();
a->b_ptr = b;
b->a_ptr = a;

此时,ab 的引用计数都为1(各自外部持有的那个),而它们内部又各持有一个对方的 shared_ptr。所以即使你不再从外部访问这两个对象,它们的引用计数也始终是1,导致无法释放。

shared_ptr循环引用会导致什么问题 如何用weak_ptr避免内存泄漏

如何用 weak_ptr 解决这个问题?

weak_ptr 是一种不增加引用计数的智能指针,它用来观察 shared_ptr 所管理的对象。它不会影响对象的生命周期,只在需要时临时升级为 shared_ptr 使用。

要打破循环引用,只需要把其中一个引用改为 weak_ptr:

struct A {
    std::shared_ptr b_ptr;
};

struct B {
    std::weak_ptr a_ptr; // 改成 weak_ptr
};

这样,在构建循环链路时,只有 A 持有 B 的强引用,而 B 对 A 的引用是弱引用,不会阻止 A 被释放。

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使用 weak_ptr 的注意事项

虽然 weak_ptr 可以避免循环引用,但使用时也要注意以下几点:

  • 访问前必须 lock():weak_ptr 不能直接使用,必须调用 lock() 方法获取一个 shared_ptr 实例。

    if (auto a = b->a_ptr.lock()) {
        // 安全使用 a
    } else {
        // 对象已经被释放
    }
  • 可能为空:因为 weak_ptr 不控制生命周期,所以在使用时要判断对象是否还存在。

  • 适合“观察者”场景:比如缓存、回调注册、事件监听等不需要强引用的场合。


哪些场景容易出现循环引用?

除了上面的例子,还有一些常见情况容易出问题:

  • 树形结构中父子节点互相引用(如父节点持有子节点的 shared_ptr,子节点反过来持有父节点的 shared_ptr)
  • 观察者模式中,订阅者和发布者之间互相持有指针
  • GUI 中控件之间的相互引用(比如按钮和窗口)

这些场景都可以考虑将“被动方”的引用改为 weak_ptr 来打破循环。


基本上就这些。用 weak_ptr 替代不必要的 shared_ptr 是个好习惯,尤其是在设计类之间的关系时提前考虑引用方向,能有效避免很多潜在的内存泄漏问题。

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