Boost智能指针——weak_ptr

winston

循环引用：
引用计数是一种便利的内存管理机制，但它有一个很大的缺点，那就是不能管理循环引用的对象。一个简单的例子如下：
#include <string>
#include <iostream>
#include <boost/shared_ptr.hpp>
#include <boost/weak_ptr.hpp>

class parent;
class children;

typedef boost::shared_ptr<parent> parent_ptr;
typedef boost::shared_ptr<children> children_ptr;

class parent
{
public:
~parent() { std::cout <<"destroying parent\n"; }

public:
children_ptr children;
};

class children
{
public:
~children() { std::cout <<"destroying children\n"; }

public:
parent_ptr parent;
};


void test()
{
parent_ptr father(new parent());
children_ptr son(new children);

father->children = son;
son->parent = father;
}

void main()
{
std::cout<<"begin test...\n";
test();
std::cout<<"end test.\n";
}

运行该程序可以看到，即使退出了test函数后，由于parent和children对象互相引用，它们的引用计数都是1，不能自动释放，并且此时这两个对象再无法访问到。这就引起了c++中那臭名昭著的内存泄漏。
一般来讲，解除这种循环引用有下面有三种可行的方法：

• 当只剩下最后一个引用的时候需要手动打破循环引用释放对象。
  
  
• 当parent的生存期超过children的生存期的时候，children改为使用一个普通指针指向parent。
  
  
• 使用弱引用的智能指针打破这种循环引用。
  
  

虽然这三种方法都可行，但方法1和方法2都需要程序员手动控制，麻烦且容易出错。这里主要介绍一下第三种方法和boost中的弱引用的智能指针boost::weak_ptr。
强引用和弱引用
一个强引用当被引用的对象活着的话，这个引用也存在（就是说，当至少有一个强引用，那么这个对象就不能被释放）。boost::share_ptr就是强引用。
相对而言，弱引用当引用的对象活着的时候不一定存在。仅仅是当它存在的时候的一个引用。弱引用并不修改该对象的引用计数，这意味这弱引用它并不对对象的内存进行管理，在功能上类似于普通指针，然而一个比较大的区别是，弱引用能检测到所管理的对象是否已经被释放，从而避免访问非法内存。
boost::weak_ptr
boost::weak_ptr<T>是boost提供的一个弱引用的智能指针，它的声明可以简化如下：
namespace boost {

template<typename T> class weak_ptr {
public:
template <typename Y>
weak_ptr(const shared_ptr<Y>& r);

weak_ptr(const weak_ptr& r);

~weak_ptr();

T* get() const;
bool expired() const;
shared_ptr<T> lock() const;
};
}

可以看到，boost::weak_ptr必须从一个boost::share_ptr或另一个boost::weak_ptr转换而来，这也说明，进行该对象的内存管理的是那个强引用的boost::share_ptr。boost::weak_ptr只是提供了对管理对象的一个访问手段。
boost::weak_ptr除了对所管理对象的基本访问功能（通过get()函数）外，还有两个常用的功能函数：expired()用于检测所管理的对象是否已经释放；lock()用于获取所管理的对象的强引用指针。
通过boost::weak_ptr来打破循环引用
由于弱引用不更改引用计数，类似普通指针，只要把循环引用的一方使用弱引用，即可解除循环引用。对于上面的那个例子来说，只要把children的定义改为如下方式，即可解除循环引用：
class children
{
public:
~children() { std::cout <<"destroying children\n"; }

public:
boost::weak_ptr<parent> parent;
};

最后值得一提的是,虽然通过弱引用指针可以有效的解除循环引用，但这种方式必须在程序员能预见会出现循环引用的情况下才能使用，也可以是说这个仅仅是一种编译期的解决方案，如果程序在运行过程中出现了循环引用，还是会造成内存泄漏的。因此，不要认为只要使用了智能指针便能杜绝内存泄漏。毕竟，对于C++来说，由于没有垃圾回收机制，内存泄漏对每一个程序员来说都是一个非常头痛的问题。