为什么需要weak_ptr来解决循环引用 分析shared_ptr的循环依赖问题

shared_ptr的循环依赖问题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；weak_ptr通过不增加引用计数的方式打破循环。具体来说：1. shared_ptr通过引用计数管理生命周期，当两个对象相互持有shared_ptr时，外部无引用后其计数仍为1，无法释放；2. weak_ptr作为非拥有型指针，可观察对象而不影响生命周期，使用lock()获取shared_ptr以安全访问对象；3. 典型场景包括观察者模式、树/图结构、网络模块等，解决方法是一方改用weak_ptr打破循环，如父节点持子节点shared_ptr，子节点持父节点weak_ptr；4. 使用weak_ptr的关键点在于明确“拥有”与“观察”的关系，避免不必要的引用环。

在使用 C++ 的智能指针时，shared_ptr 虽然方便管理内存，但有一个隐藏的“坑”——循环引用（循环依赖）。它会导致内存无法释放，从而引发内存泄漏。而 weak_ptr 正是用来解决这个问题的关键工具。

什么是 shared_ptr 的循环依赖问题？

shared_ptr 是通过引用计数来管理对象生命周期的。当两个对象互相持有对方的 shared_ptr 时，它们的引用计数都不会变为 0，即使外部已经没有任何指针指向它们，也无法被释放。

举个简单例子：

struct B;

struct A {
    std::shared_ptr<B> b_ptr;
};

struct B {
    std::shared_ptr<A> a_ptr;
};

如果创建了两个对象：

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

此时，a 持有 b，b 也持有 a。它们各自的引用计数都为 1。当 a 和 b 离开作用域后，它们的引用计数不会归零，因为各自还被对方持有的 shared_ptr 引用着。于是，这两个对象永远不会被释放，造成内存泄漏。

weak_ptr 是如何打破循环的？

weak_ptr 是一种不控制对象生命周期的智能指针，它“观察”一个由 shared_ptr 管理的对象，但不会增加引用计数。它可以用来打破循环依赖。

修改上面的例子：

struct A {
    std::shared_ptr<B> b_ptr;
};

struct B {
    std::weak_ptr<A> a_ptr; // 改成 weak_ptr
};

这时，B 对象不再拥有 A，只是临时观察它。这样当 a 离开作用域时，它的引用计数会减到 0，对象会被正确释放。同时，b 的引用计数也会随之减少，最终也能被释放。

需要注意的是：使用 weak_ptr 获取实际对象前，要调用 lock() 来获取一个 shared_ptr，确保对象还在：

if (auto a = b->a_ptr.lock()) {
    // 安全使用 a
} else {
    // 对象已经被释放
}

实际开发中哪些场景容易遇到循环引用？

• 观察者模式或事件回调系统：比如 UI 控件之间相互注册监听器。
• 树形结构或图结构：父子节点互相持有指针的情况很常见。
• 网络通信模块：连接对象和处理对象之间互相引用。

这些情况下，如果不小心设计，很容易出现循环依赖。

解决方案通常是一方使用 weak_ptr，打破引用环。例如：

• 父节点持有子节点的 shared_ptr
• 子节点持有父节点的 weak_ptr

这样就能避免循环。

使用 weak_ptr 的几个关键点

• weak_ptr 不参与引用计数，所以不会影响对象的生命周期
• 在使用前必须调用 lock() 获取有效的 shared_ptr
• lock() 返回空指针时说明对象已经被释放
• 适用于“非拥有型”的引用关系，比如观察、缓存、回调等场景

基本上就这些。
虽然看起来简单，但在复杂项目中，合理判断哪些引用是“拥有”、哪些只是“观察”，是避免内存泄漏的关键。

以上就是为什么需要weak_ptr来解决循环引用 分析shared_ptr的循环依赖问题的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！