[内存管理]智能指针的好帮手weak_ptr

weak_ptr是为配合shared_ptr而引入的一种智能指针，它更像是shared_ptr的一个助手，而不是智能指针，因为它不具有普通指针的行为，没有重载operator*和operator->，它的最大作用在于协助shared_ptr，像旁观者那样观测资源的使用情况。

 

类摘要：

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

     ~weak_ptr();
     weak_ptr & operator=(weak_ptr const &r);

     long use_count() const;
     bool expired() const;
     shared_ptr lock() const;

     void reset();
     void swap(weak_ptr &b);
};

weak_ptr是一个“弱”指针，但它能够完成一些特殊的工作，足以证明它的存在价值。

weak_ptr被设计为与shared_ptr共同工作，可以从一个shared_ptr或者另一个weak_ptr对象构造，获得资源的观测权。但weak_ptr没有共享资源，它的构造不会引起指针引用计数的增加。同样，在weak_ptr析构时也不会导致引用计数的减少，它只是一个静静地观察者。

使用weak_ptr的成员函数use_count()可以观测资源的引用计数，另一个成员函数expired()的功能等价于use_count() == 0，但更快，表示观测的资源（也就是shared_ptr管理的资源）已经不复存在了。

weak_ptr 没有重载operator*和->，这是特意的，因为它不共享指针，不能操作资源，这是它弱的原因。但它可以使用一个非常重要的成员函数lock()从被观测的shared_ptr获得一个可用的shared_ptr对象，从而操作资源。当expired() == true的时候，lock()函数将返回一个存储空指针的shared_ptr。

 

使用示例：

int main(){
   shared_ptr<int> sp(new int(10));
   assert(sp.use_count() == 1);
   //create a weak_ptr from shared_ptr
   weak_ptr<int> wp(sp);
   //not increase the use count
   assert(sp.use_count() == 1);
   //judge wp is invalid
   //expired() is equivalent with use_count() == 0
   if(!wp.expired()){
      shared_ptr<int> sp2 = wp.lock();//get a shared_ptr
      *sp2 = 100;
      assert(wp.use_count() == 2);
      cout << *sp2 << endl;
   }//out of scope,sp2 destruct automatically,use_count()--;
   assert(wp.use_count() == 1);
   sp.reset();//shared_ptr is invalid
   assert(wp.expired());
   assert(!wp.lock());
}

获得this的shared_ptr

weak_ptr的一个重要用途是获得this指针的shared_ptr,使对象自己能够生产shared_ptr管理自己：对象使用weak_ptr观测this指，这并不影响引用计数，在需要的时候就调用lock()函数，返回一个符合要求的shared_ptr使外界使用。

这个解决方案被实现为一个惯用法，在头文件定义了一个助手类enable_shared_from_this，其声明如下：

template<class T>
class enable_shared_from_this
{
public:
   shared_ptr shared_from_this();
}

使用的时候只需要让想被shared_ptr管理的类从它继承即可，成员函数shared_from_this()会返回this的shared_ptr

使用示例：

#include
#include
#include
#include
using namespace boost;
using namespace std;
class self_shared:
public enable_shared_from_this{
    public:
    self_shared(int n):x(n){}
    int x;
    void print(){
    cout << "self_shared:" << x << endl;
    }
};
int main(){
    shared_ptr sp =
                           make_shared(315);
    sp->print();
    shared_ptr p = sp->shared_from_this();
    p->x = 100;
    p->print();

}

运行结果：

self_shared:315
self_shared:100

 

需要注意的是千万不能从一个普通对象（非shared_ptr）使用shared_from_this ()获取shared_ptr，如

self_shared ss;

shaerd_ptr p = ss.shared_from_this();//error

 

这样虽然语法上能通过，编译也无问题，但在运行时会导致shared_ptr析构时企图删除一个栈上分配的对象，发生未定义行为。

 

关于intrusive_ptr

intrusive_ptr是一个侵入式的引用计数型指针，它可以用于以下情形：

对内存占用的要求非常严格，要求必须与原始指针一样；

现存代码已经有了引用计数机制管理的对象。

boost库不推荐intrusive_ptr，因为shared_ptr已经非常强大且灵活，工作得足够好，可以满足绝大部分（99.99%）的需要。

如果有兴趣，可以自行翻阅boost文档。