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C++中智能指针的循环引用问题解决方案与最佳实践

P粉602998670

发布： 2025-07-07 09:20:02

原创

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循环引用是指两个或多个shared_ptr对象彼此持有对方的强引用，导致引用计数无法归零，内存无法释放。1. 例如，结构体a和b各自持有对方的shared_ptr，形成闭环；2. 解决方法是将其中一方改为使用weak_ptr，打破强引用循环；3. 最佳实践包括：优先使用智能指针、需要互相引用时用weak_ptr、避免直接将this赋值给shared_ptr、合理使用enable_shared_from_this、注意容器中的循环引用问题。通过明确资源拥有者与观察者的关系，可有效避免此类内存泄漏。

C++中智能指针的循环引用问题解决方案与最佳实践

在C++中，智能指针是管理动态内存的好工具，但如果不小心使用，很容易遇到“循环引用”问题。这会导致内存无法释放，造成泄漏。尤其是shared_ptr之间互相持有对方的引用时，问题尤为明显。

解决这个问题的关键在于：避免不必要的强引用，以及合理使用弱指针 weak_ptr。

什么是循环引用？

简单来说，就是两个或多个shared_ptr对象彼此持有对方的引用，导致它们的引用计数永远不为0，从而无法被释放。

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举个例子：

struct B;

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

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

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

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在这个例子中，a和b相互持有对方的shared_ptr，即使超出作用域，它们的引用计数也不会归零，结果就是内存永远不会被释放。

如何解决循环引用？

解决循环引用的核心思路是：把其中一方改为使用 weak_ptr。因为weak_ptr不会增加引用计数，这样就能打破循环。

修改上面的例子如下：

struct B;

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

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

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

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这时，当a离开作用域，它的引用计数会正常减到0并释放资源，b也会随之释放。

使用智能指针的最佳实践

为了避免类似问题，在日常开发中可以遵循以下几个原则：

尽量少用裸指针，优先使用智能指针来管理资源。
需要互相引用时，至少一方使用 weak_ptr。
不要随意将 this 赋值给 shared_ptr，容易造成循环或悬空指针，可以用 enable_shared_from_this 来安全获取当前对象的 shared_ptr。
注意容器中的智能指针循环，比如在树形结构、图结构中，父子节点之间容易出现这种情况。

例如：

class Node : public std::enable_shared_from_this<Node> {
public:
    std::shared_ptr<Node> parent;
    std::vector<std::shared_ptr<Node>> children;

    void addChild(std::shared_ptr<Node> child) {
        child->parent = shared_from_this(); // 安全地获取当前对象的 shared_ptr
        children.push_back(child);
    }
};

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这时候子节点持有父节点的shared_ptr没问题，但父节点也持有子节点的shared_ptr，如果子节点又反过来引用父节点，就可能出现循环。所以可以考虑让父节点用weak_ptr保存子节点（视具体需求而定）。