C++ 浅谈之智能指针 shared_ptr 循环引用

HELLO，各位博友好，我是阿呆 🙈🙈🙈

这里是 C++ 浅谈系列，收录在专栏 C++ 语言中 😜😜😜

本系列阿呆将记录一些 C++ 语言重要的语法特性 🏃🏃🏃

OK，兄弟们，废话不多直接开冲 🌞🌞🌞

一 🏠 概述

智能指针是什么：

智能指针是⼀个 RAII 类模型，⽤于动态分配内存，其设计思想是将基本类型指针封装为（模板）类对象指针，并在离开作⽤域时调⽤析构函数，使⽤ delete 删除指针所指向的内存空间 🐌🐌🐌

注：RAII 机制是一种对资源申请、释放操作的封装

shared_ptr 智能指针：

对于 shared_ptr ，实现共享式拥有的概念，即多个智能指针可以指向相同的对象，该对象及相关资源会在其所指对象不再使⽤之后，自动释放与对象相关的资源 🐳🐳🐳

shared_ptr 实现原理：

构造函数中计数初始化为 1
拷⻉构造函数中计数值加 1
赋值运算符中，左边的对象引⽤计数减 1，右边的对象引⽤计数加 1
析构函数中引⽤计数减 1
在赋值运算符和析构函数中，如果减 1 后为 0 ，则调⽤ delete 释放对象 ✌ ✌ ✌

二 🏠 核心

什么是循环引用

两个类对象相互使用 shared_ptr 指向对方，从而造成内存泄漏 👊👊👊

先补充一个小知识 C++ 类成员的构造和析构顺序

创建对象时 🎅🎅🎅

① 若有父类，执行父类构造函数

② 类非静态数据成员，按声明顺序创建

③ 执行该类构造函数

销毁对象时 👳👳👳

① 调用该类析构函数

② 销毁数据成员，与创建时顺序相反

③ 若有父类，调用父类析构函数

再看如下所示循环引用代码 👇👇👇

a1 引用计数减 1，b1 引用计数也减 1#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;class A;
class B;class A {
public:std::shared_ptr<B> bptr;~A() { cout << "A is deleted" << endl; } //析构后, 才释放成员 bptr
};class B {
public:std::shared_ptr<A> aptr;~B() { cout << "A is deleted" << endl; } //析构后, 才释放成员 aptr
};int main() {{std::shared_ptr<A> a1(new A); //A 对象引用计数为 1std::shared_ptr<B> b1(new B); //B 对象引用计数为 1a1->bptr = b1; //A 对象引用计数加 1b1->aptr = a1; //B 对象引用计数加 1//此时 A 和 B 对象的引用计数均为 2} //离开作用域后//由于 a1 和 b1 的生命周期结束, 所以 A 对象引用计数减 1, B 对象引用计数也减 1//但 bptr 和 aptr , 引用计数为 1return 0;
}

当 A 析构函数被调用时，才会释放成员变量 bptr，即当且仅当 A 对象的引用计数为 0

当 B 析构函数被调用时，才会释放成员变量 aptr，即当且仅当 B 对象的引用计数为 0

综上，两个类对象相互使用 shared_ptr 指向对方造成了类死锁现象，导致内存泄漏 🌻🌻🌻

如何解决循环引用

方式一

A 对象和 B 对象都成功析构，不会造成内存泄漏 👦👦👦

{std::shared_ptr<A> a1(new A); //A 对象引用计数为 1std::shared_ptr<B> b1(new B); //B 对象引用计数为 1a1->bptr = b1; //A 对象引用计数加 1//b1->aptr = a1;//此时 A 对象的引用计数为 2 //B 对象的引用计数为 1
}
//离开作用域后, 由于 a1 和 b1 的生命周期结束, 所以 A 对象引用计数减 1, B 对象引用计数也减 1
//此时 A 对象的引用计数为 1
//B 对象的引用计数为 0 (B 析构函数被调用), 释放成员变量 aptr
//此时 A 对象的引用计数为 0 (A 析构函数被调用)

方式二

A 对象和 B 对象都成功析构，不会造成内存泄漏 👨‍🚀👨‍🚀👨‍🚀

{std::shared_ptr<A> a1(new A); //A 对象引用计数为 1std::shared_ptr<B> b1(new B); //B 对象引用计数为 1a1->bptr = b1; //A 对象引用计数加 1b1->aptr = a1; //B 对象引用计数加 1//此时 A 和 B 对象的引用计数均为 2b1->aptr.reset(); //手动释放成员变量//此时 A 对象的引用计数为 2 //B 对象的引用计数为 1
}
//离开作用域后, 由于 a1 和 b1 的生命周期结束, 所以 A 对象引用计数减 1, B 对象引用计数也减 1
//此时 A 对象的引用计数为 1
//B 对象的引用计数为 0 (B 析构函数被调用), 释放成员变量 aptr
//此时 A 对象的引用计数为 0 (A 析构函数被调用)

方式三

那么有没有更优秀的解法呢？当然有，那就是 weak_ptr 🐌🐌🐌

weak_ptr：弱引用，不能控制对象的生命周期，且不是独立的智能指针，依赖于 shared_ptr 存在

int main()
{shared_ptr<int> sp(new int(10));cout<< sp.use_count() <<endl; //输出1weak_ptr<int> wp1 = sp;weak_ptr<int> wp2 = sp;cout<< sp.use_count() <<endl; //输出1
}

将上例任一类成员从 shared_ptr 改为 weak_ptr，即可解决循环引用问题 🐳🐳🐳