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C++如何使用std::weak_ptr解决循环引用?(智能指针最佳实践)

裘德小鎮的故事

裘德小鎮的故事

发布时间:2026-02-23 15:12:11

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来源于php中文网

原创

std::weak_ptr通过不参与引用计数来打破shared_ptr循环引用,需用lock()转为shared_ptr并判空后访问,不可直接解引用或重复lock,是唯一线程安全、可感知对象生死的非拥有式智能指针。

c++如何使用std::weak_ptr解决循环引用?(智能指针最佳实践)

std::weak_ptr 怎么破掉 shared_ptr 的循环引用?

它不参与引用计数,只“观察”对象是否还活着。只要把循环中的一环换成 std::weak_ptr,就能让 shared_ptr 的引用计数自然归零,对象被释放。

典型场景是双向链表节点、父子对象(比如树节点)、观察者回调里存了 this 的 shared_ptr —— 这些地方一不留神就锁死内存。

  • 必须用 lock()weak_ptr 临时转成 shared_ptr 才能安全访问对象,否则可能解引用已销毁的对象
  • 不能直接用 operator->operator*weak_ptr 没有这些重载
  • expired() 只是快速判断,但判断完到真正使用之间仍有竞争窗口,所以推荐直接 lock() 后判空

为什么不能用 raw pointer 或 unique_ptr 替代 weak_ptr?

裸指针(raw pointer)不管理生命周期,容易悬空;unique_ptr 无法共享所有权,父子关系里父持有子没问题,但子反向持有父会直接编译失败(移动语义冲突)。

weak_ptr 是唯一合法的“非拥有式、线程安全、可感知对象生死”的智能指针类型。

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  • weak_ptr 构造只能来自同源的 shared_ptr 或另一个 weak_ptr,不能从裸指针构造
  • 跨线程传递 weak_ptr 是安全的;但 lock() 返回的 shared_ptr 生命周期仅限当前作用域,别试图长期缓存它来“延长”对象生命
  • 频繁调用 lock() + 解引用,性能略低于直接用 shared_ptr,但这是为打破循环必须付出的代价

常见错误:weak_ptr.lock() 后没检查就用

这是最常踩的坑——lock() 返回的是 shared_ptr,但它可能为空(原对象已被释放),直接解引用会崩溃或未定义行为。

auto sp = wp.lock();
if (sp) {
    sp->do_something(); // ✅ 安全
} else {
    // ❌ 对象已销毁,别碰它
}
  • 别写 if (wp.lock()) { wp.lock()->xxx; } —— 两次 lock() 可能返回不同结果,第二次可能为空
  • 别在 lambda 捕获里直接存 weak_ptr 然后隐式调用 lock(),比如 [wp]{ wp.lock()->f(); },一样有空指针风险
  • 调试时注意:wp.expired() 返回 true 不代表“刚销毁”,只代表“当前时刻没有活跃的 shared_ptr”,可能是暂时没人持有了

和 enable_shared_from_this 一起用要注意什么?

当类需要把自己作为 shared_ptr 传出去(比如注册回调),得继承 enable_shared_from_this<t></t>,再用 shared_from_this()。但它和 weak_ptr 配合时,容易误以为“只要用了 weak_ptr 就不会循环”——其实不是。

  • 如果父类用 shared_ptr 持有子类,子类又通过 shared_from_this() 把自己传给父类的某个成员函数并存储,仍可能形成循环
  • 正确做法是:子类对外提供 weak_from_this()(C++17 起),让接收方自己 lock(),而不是直接给 shared_ptr
  • 继承 enable_shared_from_this 的对象,必须先由 make_sharedshared_ptr 构造,否则 shared_from_this() 会抛 std::bad_weak_ptr
弱引用不是银弹。它解决的是“谁该负责释放”这个所有权归属问题,而不是掩盖设计缺陷。如果发现要到处塞 weak_ptr 来避免循环,往往说明对象图的关系模型本身值得重新梳理。

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