std::weak_ptr 要与 std::shared_ptr一起搭配使用。

一个std::weak_ptr对象看做是std::shared_ptr对象管理的资源的观察者，它不影响共享资源的生命周期：

• 如果需要操作weak_ptr正在观察的资源，可以将weak_ptr提升为shared_ptr。
• 当shared_ptr管理的资源被释放时，weak_ptr会自动变成 nullptr。

当weak_ptr类型指针的指向和某一shared_ptr指针相同时，weak_ptr指针并不会使shared_ptr所指控制块的引用计数加1；同样，当weak_ptr指针被释放时，shared_ptr所指控制块的引用计数也不会因此而减1。也就是说，weak_ptr类型指针并不会影响shared_ptr所指控制块的引用计数。

weak_ptr的作用

weak_ptr主要为了解决shared_ptr的循环引用和垂悬指针问题：

循环引用问题

循环引用是指两个或多个对象相互持有对方的shared_ptr，从而导致引用计数永远不为零，造成内存泄漏。

class B;

class A {
public:
    std::shared_ptr<B> b;
};

class B {
public:
    std::shared_ptr<A> a;
};

int main() {
    auto spa = std::make_shared<A>(); // spa引用计数为1
    auto spb = std::make_shared<B>(); // spb引用计数为1
    spa->b = spb; // spb引用计数为2
    spb->a = spa; // spa引用计数为2
}

当离开main()函数作用域时，spa和spb被销毁，引用计数各减一，没有降为零，所以A和B都不会被销毁，造成内存泄漏。

weak_ptr的解决方案是：将其中一个shared_ptr替换为weak_ptr。

class B;

class A {
public:
    std::shared_ptr<B> b;
};

class B {
public:
    std::weak_ptr<A> a;  // 使用weak_ptr代替shared_ptr
};


int main() {
    auto spa = std::make_shared<A>(); // spa引用计数为1
    auto spb = std::make_shared<B>(); // spb引用计数为1

    spa->b = spb; // spb引用计数为2
    spb->a = spa; // spa引用计数还是为1



    return 0;
}

当离开main()函数作用域时，

• spa和spb被销毁，引用计数各减1。
• spa的引用计数从1降到0，A对象被销毁。
• A析构时spb的引用计数从1降到0，B对象被销毁。

空悬指针问题

有两个共享指针sp1和sp2，指向堆上的同一个对象，sp1和sp2位于不同的线程中。假设线程A通过sp1指针将对象销毁了（尽管把sp1置为了NULL），那p2就成了空悬指针。

weak_ptr不控制对象的生命期，但是它知道对象是否还活着。如果对象还活着，那么它可以提升为有效的shared_ptr（提升操作通过lock()函数获取所管理对象的强引用指针）；如果对象已经死了，提升会失败，返回一个空的shared_ptr。

实现原理

weak_ptr的实现依赖于shared_ptr的控制块。

shared_ptr在内部不仅包含一个指向对象的裸指针，还包含一个指向控制块的指针，它通常包含：

• 强引用计数：由shared_ptr维护，表示有多少个shared_ptr指向该对象。当强引用计数降为0时，对象本身会被销毁。
• 弱引用计数：由weak_ptr维护，表示有多少个weak_ptr指向该对象。当强引用计数和弱引用计数都为零时，控制块本身才会被销毁。

同时weak_ptr在内部也存储一个指向控制块的指针，但它不增加强引用计数。

weak_ptr的主要作用是观察这个控制块。通过检查控制块中的强引用计数是否为0，它可以判断所指向的对象是否仍然存活。

weak_ptr的核心方法是lock()。lock()方法会返回一个shared_ptr：

• 如果对象仍然存活（强引用计数大于0），lock()会返回一个有效的shared_ptr，并安全地增加强引用计数。
• 如果对象已被销毁（强引用计数为 0），lock()会返回一个空的shared_ptr。

初始化

weak_ptr必须从一个已经存在的shared_ptr或另一个weak_ptr来初始化：

• 通过shared_ptr直接初始化
• 可以通过隐式转换来构造
• 支持拷贝语义
• 支持移动语义

int main()
{
    std::shared_ptr<Foo> f(new Foo());

    std::weak_ptr<Foo> f1(f);                     // shared_ptr直接构造
    std::weak_ptr<Foo> f2 = f;                    // shared_ptr隐式转换为weak_ptr

    std::weak_ptr<Foo> f3(f1);                    // 拷贝构造函数
    std::weak_ptr<Foo> f4 = f1;                   // 拷贝构造函数
    std::weak_ptr<Foo> f5(std::move(f2));         // 移动构造函数

    std::weak_ptr<Foo> f5;                        // 默认构造，无法通过lock()方法获取到shared_ptr
}

成员函数