shared_ptr 之循环引用 weak_ptr

在std::shared_ptr被引入之前，C++标准库中实现的用于管理资源的智能指针只有std::auto_ptr一个而已。std::auto_ptr的作用非常有限，因为它存在被管理资源的所有权转移问题。这导致多个std::auto_ptr类型的局部变量不能共享同一个资源，这个问题是非常严重的哦。因为，我个人觉得，智能指针内存管理要解决的根本问题是：一个堆对象（或则资源，比如文件句柄）在被多个对象引用的情况下，何时释放资源的问题。何时释放很简单，就是在最后一个引用它的对象被释放的时候释放它。关键的问题在于无法确定哪个引用它的对象是被最后释放的。std::shared_ptr确定最后一个引用它的对象何时被释放的基本想法是：对被管理的资源进行引用计数，当一个shared_ptr对象要共享这个资源的时候，该资源的引用计数加1，当这个对象生命期结束的时候，再把该引用技术减少1。这样当最后一个引用它的对象被释放的时候，资源的引用计数减少到0，此时释放该资源。下边是一个shared_ptr的用法例子：

#include <iostream>

#include <memory>

class Woman;

class Man{

private:

std::weak_ptr<Woman> _wife;

//std::shared_ptr<Woman> _wife;

public:

void setWife(std::shared_ptr<Woman> woman){

_wife = woman;

}

void doSomthing(){

if(_wife.lock()){

}

}

~Man(){

std::cout << "kill man\n";

}

};

class Woman{

private:

//std::weak_ptr<Man> _husband;

std::shared_ptr<Man> _husband;

public:

void setHusband(std::shared_ptr<Man> man){

_husband = man;

}

~Woman(){

std::cout <<"kill woman\n";

}

};

int main(int argc, char** argv){

std::shared_ptr<Man> m(new Man());

std::shared_ptr<Woman> w(new Woman());

if(m && w) {

m->setWife(w);

w->setHusband(m);

}

return 0;

}

在Man类内部会引用一个Woman，Woman类内部也引用一个Man。当一个man和一个woman是夫妻的时候，他们直接就存在了相互引用问题。man内部有个用于管理wife生命期的shared_ptr变量，也就是说wife必定是在husband去世之后才能去世。同样的，woman内部也有一个管理husband生命期的shared_ptr变量，也就是说husband必须在wife去世之后才能去世。这就是循环引用存在的问题：husband的生命期由wife的生命期决定，wife的生命期由husband的生命期决定，最后两人都死不掉，违反了自然规律，导致了内存泄漏。

解决std::shared_ptr循环引用问题的钥匙在weak_ptr手上。weak_ptr对象引用资源时不会增加引用计数，但是它能够通过lock()方法来判断它所管理的资源是否被释放。另外很自然地一个问题是：既然weak_ptr不增加资源的引用计数，那么在使用weak_ptr对象的时候，资源被突然释放了怎么办呢？呵呵，答案是你根本不能直接通过weak_ptr来访问资源。那么如何通过weak_ptr来间接访问资源呢？答案是：在需要访问资源的时候weak_ptr为你生成一个shared_ptr，shared_ptr能够保证在shared_ptr没有被释放之前，其所管理的资源是不会被释放的。创建shared_ptr的方法就是lock()方法。
细节：shared_ptr实现了operator bool() const方法来判断一个管理的资源是否被释放。