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C++ 智能指针中的循环引用是什么?(如何使用 weak_ptr 解决)

冰火之心

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发布时间:2026-02-17 03:15:31

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来源于php中文网

原创

循环引用发生在两个shared_ptr相互持有对方对象时,导致引用计数无法归零、内存泄漏;典型场景包括双向链表、父子节点、观察者模式;需用weak_ptr打破循环,其不增加引用计数,访问前必须lock()检查。

c++ 智能指针中的循环引用是什么?(如何使用 weak_ptr 解决)

循环引用在 shared_ptr 里是怎么发生的

当两个 shared_ptr 相互持有对方所管理的对象时,引用计数永远无法归零,对象就不会析构——这就是循环引用。它不是语法错误,编译运行都正常,但内存悄悄泄漏。

典型场景是双向链表节点、父子对象(比如树节点中父指针和子指针都用 shared_ptr)、观察者模式里观察者和被观察者互相持有时。

  • 只要存在 A → B 和 B → A 的 shared_ptr 持有链,就构成循环
  • shared_ptr 析构时只减引用计数,不检查“谁还指着我”,所以破不了环
  • valgrind 或 ASan 可能发现内存未释放,但调试器看不出问题

weak_ptr 不是“弱共享”,而是“不参与计数的观察者”

weak_ptr 本身不增加引用计数,它只是对某个 shared_ptr 所管对象的“临时快照”。你不能直接通过 weak_ptr 访问对象,必须先调用 lock() 获得一个临时 shared_ptr —— 如果原对象已销毁,lock() 返回空 shared_ptr

  • 把循环中“非拥有关系”的那一端换成 weak_ptr,比如子节点存父节点用 weak_ptr,父节点存子节点用 shared_ptr
  • weak_ptr 构造只能来自同源 shared_ptr(或另一个 weak_ptr),不能直接从裸指针构造
  • 访问前必须检查:if (auto p = parent.lock()) { /* 安全使用 p */ },否则可能解引用空指针

常见误用:把 weak_ptr 当成“自动安全的 shared_ptr”

很多人以为只要用了 weak_ptr 就不会出问题,结果在多线程或对象生命周期边界处 crash。根本原因是:它不延长对象寿命,也不保证对象一定活着。

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  • weak_ptr::lock() 是原子操作,但返回的 shared_ptr 只保证“那一刻”有效;之后对象仍可能被其他线程释放
  • 跨函数传 weak_ptr 后再 lock(),比在同一个作用域内连续调用更危险
  • 在 lambda 捕获中写 [self = weak_from_this()]() { if (auto p = self.lock()) {...} } 是标准做法;但若漏掉 lock() 检查,直接用 self.get() 就是未定义行为

用 make_shared 初始化 weak_ptr 的陷阱

weak_ptr 不能直接由 make_shared 创建,它必须绑定到已存在的 shared_ptr。有人试图这样写:weak_ptr<int> w = make_shared<int>(42);</int></int> —— 这会触发隐式转换,但代价是额外一次引用计数增减,且掩盖了所有权意图。

  • 正确方式始终是:先有 shared_ptr,再用其构造 weak_ptr,例如 auto sp = make_shared<int>(42); weak_ptr<int> wp(sp);</int></int>
  • 如果类想支持 weak_from_this(),必须继承 enable_shared_from_this<t></t>,且只能在对象已被 shared_ptr 管理后调用(即不能在构造函数里调)
  • 注意 enable_shared_from_this::weak_from_this() 返回的是 weak_ptr,不是 shared_ptr;它的生命周期依赖于首个 shared_ptr 是否还存在

循环引用真正的难点不在怎么加 weak_ptr,而在于判断哪一端“不该拥有所有权”。这个设计决策一旦定错,后面所有 lock() 检查都只是补救,而不是根治。

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