Item20 Use std::weak_ptr for std::shared_ptr like pointers that can dangle

​   原始指针有一个致命的问题就是无法探知生死，尽管你可以通过释放内存后设置为空来解决部分场景下存在的问题，但是这治标不治本，当有多个指针指向同一个内存资源的时候就无能无力了。那么在这篇文章中我将介绍一个大杀器

std::weak_ptr

，它可以探查生死，探查指针所指向的内存资源是否有效。陈硕有篇文章就专门介绍了std::weak_ptr，讲的很好，本文算是自己对

std::weak_ptr

的理解。

auto spw = std::make_shared<Widget>();
std::weak_ptr<Widget> wpw(spw);
spw = nullptr
if (wpw.expired()) {
std::cout << "Widget already destructor" << std::endl;
}

​   在上面的代码中

swp = nullptr

导致引用计数变为0，触发了

Widget

的析构，此时使用

weak_ptr

的

expired

方法就可以探测这个对象是否已经析构了，这是

weak_ptr

的典型用法。那么

weak_ptr

除了严查生死外，能不能解引用来访问对象呢?答案是不，不过它提供了lock方法可以将

weak_ptr

转换为

shared_ptr

如下:

if (!wpw.expired()) {
std::shared_ptr spw2(wpw);    // 提升为shared_ptr，如果wpw过期，仍然要这样初始化会抛出                                  // std::bad_weak_ptr异常
}

​   如果没有过期就进行提升，看似没有问题，但是这两步是非原子的，这就导致了线程安全的问题，不过幸好

C++

标准库的设计者考虑到了这个问题，提供了一个

lock

函数可以直接提升为shared_ptr，如果过期了就返回

nullptr

。

​   上面基本都是在说

weak_ptr

本身，那么接下来谈论是

weak_ptr

的用途，它是如何用在工程实践中。第一种就是用作缓存，实际工程中我们可能会

new

很多对象，但是想根据某个key对其缓存，所以通常会将

key

和对象使用

map

保存起来。最简单的就是把对象的原始指针保存在map，很显然这不够好，因为不知道这个对象是否死了。如果存放

shared_ptr

的确是可以保证对象是存活的(因为

map

中本身就保存了一份，所以引用计数至少是1)，那么这会导致另外一个问题就是对象的生存周期被拉长了，和

map

一样长。但是使用

weak_ptr

就不会存在这个问题，对象随时都会被回收不会延长对象的生命周期。

std::unordered_map<WidgetID, std::weak_ptr<const Widget> > cache;

​   

weak_ptr

的第二个用处就是解决循环引用的问题，先开看下面这张图，理解下什么是循环引用。



​   上图中的A和B的关系就是循环引用的关系，当A对象有一个shared_ptr指向B，B对象也有一个shared_ptr指向A，那么两者都持有对方的引用计数，导致对象无法析构。现实工程中存在这样的引用也是在情理之中的，那么使用weak_ptr就可以打破循环引用。又能通过weak_ptr访问对象，以满足工程上的需求。