C++之weak_ptr与shared_ptr智能指针实例(一百九十五)

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1.前言

本篇目的：C++之weak_ptr与shared_ptr强弱智能指针用法

在C++中，weak_ptr和shared_ptr是智能指针的两种类型，用于解决资源管理和避免内存泄漏的问题。

1. shared_ptr（共享指针）：

   • shared_ptr允许多个智能指针共享同一个对象的所有权。
   • 每个shared_ptr都维护一个引用计数，它记录有多少个shared_ptr指向同一对象。
   • 只有当引用计数变为0时，shared_ptr才会自动析构并释放资源。
   • 可以通过std::make_shared或std::shared_ptr构造函数来创建shared_ptr对象。

2. weak_ptr（弱指针）：

   • weak_ptr是一种不控制对象生命周期的智能指针，它指向一个由shared_ptr管理的对象。
   • weak_ptr可以观测shared_ptr的生命周期，但不会增加引用计数。
   • 使用lock()函数可以获取一个有效的shared_ptr对象来访问观测的资源。
   • 如果shared_ptr已经释放了资源，则lock()函数会返回一个空的shared_ptr。

使用shared_ptr的好处：

• 避免内存泄漏：通过引用计数，当没有shared_ptr指向对象时，会自动进行资源释放。
• 安全共享对象：多个shared_ptr可以共享访问同一个对象，不会出现多次释放同一资源的问题。

使用weak_ptr的好处：

• 避免循环引用：当对象之间存在互相引用而没有外部引用时，使用weak_ptr作为其中一个引用可以打破循环引用，避免内存泄漏。
• 安全观测资源：通过lock()函数，可以安全地观测shared_ptr所管理的对象，避免悬空指针的问题。

需要注意的是，当使用weak_ptr时，需要注意判断返回的shared_ptr是否为空，以处理shared_ptr已释放资源的情况。另外，weak_ptr并不拥有指向的资源，因此不能直接通过weak_ptr访问资源的成员函数或成员变量，需要使用lock()函数获取shared_ptr对象后才能进行访问。

在C++中，std::weak_ptr类提供了一个成员函数lock()，用于获取与其关联的std::shared_ptr对象。

lock()函数的实现如下：

template<class T>
std::shared_ptr<T> std::weak_ptr<T>::lock() const noexcept;
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lock()函数的作用是尝试获取与std::weak_ptr对象关联的std::shared_ptr对象。如果关联的std::shared_ptr对象仍然存在，lock()函数会返回一个有效的、指向相同目标的std::shared_ptr对象。如果关联的std::shared_ptr已被销毁，lock()函数将返回一个空指针(nullptr)。

lock()函数是线程安全的，并且在多线程环境中可以正确地处理std::shared_ptr的引用计数和资源管理。

使用lock()函数可以安全地访问由std::weak_ptr进行观测的对象，避免了悬空指针的风险，同时也不会增加引用计数。

2.应用实例

#include 
#include 
#include 

using namespace std;

class C2ComponentStore {
public:
  C2ComponentStore() {}
  ~C2ComponentStore() {}

  string name = "123456789";
};

int main() {
  //1.创建一个weak_ptr对象platformStore，初始为空
  std::weak_ptr<C2ComponentStore> platformStore;
  //2.通过lock()函数获取platformStore的shared_ptr对象
  std::shared_ptr<C2ComponentStore> store = platformStore.lock();


  //3.如果获取的shared_ptr对象为空
  if(store == nullptr) {
    //4.创建一个新的shared_ptr对象store,并使用make_shared初始化
    store = std::make_shared<C2ComponentStore>();

    //5.将store赋值给platformStore
    platformStore = store;
  }

  printf("store.name = %s\n",store->name.c_str());
  printf("platformStore.name = %s\n",platformStore.lock()->name.c_str());

  return 0;
}

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以上代码中，platformStore.lock()的调用将尝试获取与platformStore关联的std::shared_ptr对象。如果对象仍然有效，那么返回的std::shared_ptr对象是有效的，可以使用它来访问对象的成员变量和方法。如果对象已被销毁，那么返回的std::shared_ptr对象将是一个空指针。