怎样处理C++中的环形引用问题 weak_ptr打破循环引用技巧-C++-PHP中文网

怎样处理C++中的环形引用问题 weak_ptr打破循环引用技巧

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发布： 2025-07-09 11:34:01

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环形引用指两个或多个shared_ptr相互引用导致内存泄漏。例如，结构体a和b各自持有对方的shared_ptr，当main函数结束时，它们的引用计数均不为0，无法释放。解决方法是使用weak_ptr打破循环，weak_ptr不会增加引用计数，仅观察对象。其使用步骤包括：1. 将其中一个shared_ptr改为weak_ptr；2. 使用lock()转换为shared_ptr并检查对象是否存在；3. 在合适场景如观察者模式、缓存系统、树结构中应用。注意事项包括避免频繁调用lock()、控制shared_ptr生命周期。

怎样处理C++中的环形引用问题 weak_ptr打破循环引用技巧

在C++中使用智能指针时，shared_ptr虽然能自动管理内存，但如果对象之间存在相互引用，就很容易导致环形引用（循环引用），从而引发内存泄漏。这时候，就需要用到weak_ptr来打破这个循环。

什么是环形引用？

环形引用指的是两个或多个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，即使这些对象已经不再被外部使用，也无法释放。

举个常见的例子：

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struct B;

struct A {
    shared_ptr<B> b_ptr;
};

struct B {
    shared_ptr<A> a_ptr;
};

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

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在这个例子中，a和b互相通过shared_ptr持有对方，当main函数结束时，a和b的引用计数都还是1，所以不会释放，造成内存泄漏。

weak_ptr的作用：打破循环

weak_ptr是一个弱引用指针，它不会增加所指向对象的引用计数。也就是说，它观察一个由shared_ptr管理的对象，但不会阻止该对象被销毁。

解决上面的例子，只需要将其中一个引用改为weak_ptr：

struct A;

struct B {
    weak_ptr<A> a_ptr;  // 改为 weak_ptr
};

struct A {
    shared_ptr<B> b_ptr;
};

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这样，当a被释放时，b中的a_ptr会变成“过期”的状态，而不会影响对象的释放流程。

如何正确使用weak_ptr？

使用weak_ptr需要注意几个关键点：

不能直接访问对象内容，需要先转换成shared_ptr
转换前要检查对象是否还存在（是否“过期”）

基本使用步骤如下：

weak_ptr<A> wp;

{
    shared_ptr<A> sp = make_shared<A>();
    wp = sp;
}  // sp离开作用域后，对象被释放

if (auto sp = wp.lock()) {  // lock()返回shared_ptr
    // 使用sp操作对象
} else {
    // 对象已被释放
}

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常见使用场景包括：