C++shared_ptr循环引用检测与解决技巧

shared_ptr

shared_ptr

std::weak_ptr

shared_ptr

std::weak_ptr

shared_ptr

weak_ptr

weak_ptr

#include <iostream>
#include <memory>
#include <vector>

class Child; // 前向声明

class Parent {
public:
    std::string name;
    std::vector<std::shared_ptr<Child>> children;

    Parent(std::string n) : name(n) {
        std::cout << "Parent " << name << " created." << std::endl;
    }

    ~Parent() {
        std::cout << "Parent " << name << " destroyed." << std::endl;
    }

    void addChild(std::shared_ptr<Child> child);
};

class Child {
public:
    std::string name;
    std::weak_ptr<Parent> parent; // 使用 weak_ptr 引用父对象

    Child(std::string n) : name(n) {
        std::cout << "Child " << name << " created." << std::endl;
    }

    ~Child() {
        std::cout << "Child " << name << " destroyed." << std::endl;
    }

    void setParent(std::shared_ptr<Parent> p) {
        parent = p;
    }

    void greetParent() {
        if (auto p_locked = parent.lock()) { // 尝试锁定 weak_ptr 为 shared_ptr
            std::cout << "Child " << name << " greets Parent " << p_locked->name << std::endl;
        } else {
            std::cout << "Child " << name << ": Parent is gone." << std::endl;
        }
    }
};

void Parent::addChild(std::shared_ptr<Child> child) {
    children.push_back(child);
    child->setParent(std::shared_ptr<Parent>(this, [](Parent*){})); // 注意这里，避免创建新的 shared_ptr 拥有 Parent
    // 更安全的做法是：在创建 Parent 时就使用 shared_ptr，然后将 Parent 的 shared_ptr 传递给 Child
    // 例如：std::shared_ptr<Parent> p = std::make_shared<Parent>("Father");
    //      std::shared_ptr<Child> c = std::make_shared<Child>("Son");
    //      p->addChild(c); // 此时 Child 内部可以通过 p 构造 weak_ptr
}

// 修正后的 Parent::addChild，更符合实际场景，需要 Parent 自身也是 shared_ptr
void Parent_Corrected_AddChild(std::shared_ptr<Parent> self, std::shared_ptr<Child> child) {
    self->children.push_back(child);
    child->setParent(self); // Child 现在通过 weak_ptr 引用这个 shared_ptr<Parent>
}


int main() {
    std::cout << "--- Scenario with cyclic reference (if not using weak_ptr) ---" << std::endl;
    // 如果 Child::parent 也是 shared_ptr，这里会发生内存泄漏
    // std::shared_ptr<Parent> p1 = std::make_shared<Parent>("P1");
    // std::shared_ptr<Child> c1 = std::make_shared<Child>("C1");
    // p1->children.push_back(c1);
    // c1->parent = p1; // 此时 p1 和 c1 互相持有，引用计数永远不为0

    std::cout << "--- Scenario with weak_ptr ---" << std::endl;
    std::shared_ptr<Parent> p2 = std::make_shared<Parent>("P2");
    std::shared_ptr<Child> c2 = std::make_shared<Child>("C2");

    // Parent_Corrected_AddChild(p2, c2); // 假设我们有这样一个辅助函数
    p2->children.push_back(c2);
    c2->setParent(p2); // Child 通过 weak_ptr 引用 Parent

    c2->greetParent();

    // 当 p2 和 c2 离开作用域时，它们会被正确销毁
    std::cout << "--- Exiting main scope ---" << std::endl;
    return 0;
}

Child

std::weak_ptr<Parent> parent

Parent

Child

parent.lock()

nullptr

shared_ptr

shared_ptr

shared_ptr

shared_ptr

shared_ptr

shared_ptr

shared_ptr

shared_ptr

shared_ptr

weak_ptr

shared_ptr