C++ 的强引用和弱引用

原文链接：C++ - 强引用和弱引用 - c++kuzhon - 博客园 https://www.cnblogs.com/kuzhon/articles/5648807.html

C++ - 强引用和弱引用_等等... 大雄，有啦！-CSDN博客 https://blog.csdn.net/gykimo/article/details/8728735

原来，我认为“为什么会有引用计数这样的技术”是为了内存自动回收和节省内存，但是读完下面的几节后，内存自动回收是一个原因，但是节省内存并不是真正的原因，真正的原因是有些对象如果被复制在现实中是不合事实的。

为什么有引用计数

C++中存在两种语义：值语义（value sematics）和对象语义（object sematic），对象语义也可以叫做引用语义（reference sematics）。
值语义，指的是对象的拷贝与原对象无关，就像拷贝int一样，C++的常用类型数据等都是值语义。
对象语义，指的是面向对象意义下的对象，是禁止拷贝的。

在设计一个类的时候该类是否可以被拷贝（即具备拷贝构造函数），取决于拷贝后的语义是否成立，比如一个Thread类，拷贝后系统中并不会启动另外一个线程，所以拷贝是禁止的。同样类似于Employee雇员类也是。

这么设计起码有两个好处：

1. 语义合理，有些对象复制是不符合常理的

2. 节省内存

强引用

当对象被创建时，计数为1；每创建一个变量引用该对象时，该对象的计数就增加1；当上述变量销毁时，对象的计数减1，当计数为0时，这个对象也就被析构了。

强引用计数在很多种情况下都是可以正常工作的，但是也有不凑效的时候，当出现循环引用时，就会出现严重的问题，以至于出现内存泄露，如下代码：

#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：

1. 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。
2. 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。
3. 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。下面就介绍弱引用

在多线程程序中，一个对象如果被多个线程访问，一般使用shared_ptr，通过引用计数来保证对象不被错误的释放导致其他线程访问出现问题。

但这种引用计数解决不了循环引用的问题。

弱引用

boost::weak_ptr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;
    }; 
}

定义变量：

shared_ptr<T> t(new T);

weak_ptr<T> ptr(t); // t为一个T对象
则当t被销毁时，ptr 被自动置为无效。使用方法如下：
if ( shard_ptr<T> safePtr = ptr.lock() ) safePtr->Fun();

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。

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，也可以是说弱引用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。

弱引用：它仅仅是对象存在时候的引用，当对象不存在时弱引用能够检测到，从而避免非法访问，弱引用也不会修改对象的引用计数。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。

c++的弱引用指针到底是为什么目的引入的？原理是咋回事 - 旺旺的回答 - 知乎

智能指针一个很重要的概念是“所有权”，所有权意味着当这个智能指针被销毁的时候，它指向的内存（或其它资源）也要一并销毁。这技术可以利用智能指针的生命周期，来自动地处理程序员自己分配的内存，避免显示地调用delete，是自动资源管理的一种重要实现方式。

为什么要引入“弱引用”指针呢？弱引用指针就是没有“所有权”的指针。有时候我只是想找个指向这块内存的指针，但我不想把这块内存的生命周期与这个指针关联。这种情况下，弱引用指针就代表“我指向这东西，但这东西什么时候释放不关我事儿……”

有些地方为了方便，直接用原始指针（raw pointer）来表示弱引用。然后用这种原始指针，其弱引用的含义不够明确，万一别人写个delete xxxx，你就被坑了……而且弱引用指针还有其它一些方便你正确使用它的好处。

发布于 2014-11-30

作者：旺旺
链接：https://www.zhihu.com/question/26851369/answer/34271911
来源：知乎
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

c++的弱引用指针到底是为什么目的引入的？原理是咋回事 - vczh的回答 - 知乎