C++11 weak_ptr智能指针（一看即懂）

Posted 2021-04-04 RMOS

在 C++98/03 的基础上，C++11 标准新引入了 shared_ptr、unique_ptr 以及 weak_ptr 这 3 个智能指针。其中，shared_ptr 和 unique_ptr 已经在前面章节做了详细地介绍，本节重点讲解 weak_ptr 智能指针的特性和用法。

注意学习 weak_ptr 智能指针之前，读者必须对 shared_ptr 智能指针有一定的了解，可阅读《C++11 shared_ptr智能指针》一节；关于 unique_ptr 指针，读者可阅读《C++11 unique_ptr智能指针》一节做系统学习。

C++11 weak_ptr智能指针

和 shared_ptr、unique_ptr 类型指针一样，weak_ptr 智能指针也是以模板类的方式实现的。weak_ptr<T>（ T 为指针所指数据的类型）定义在<memory>头文件，并位于 std 命名空间中。因此，要想使用 weak_ptr 类型指针，程序中应首先包含如下 2 条语句：

#include <memory>using namespace std;

第 2 句并不是必须的，可以不添加，则后续在使用 unique_ptr 指针时，必须标注std::。

需要注意的是，C++11标准虽然将 weak_ptr 定位为智能指针的一种，但该类型指针通常不单独使用（没有实际用处），只能和 shared_ptr 类型指针搭配使用。甚至于，我们可以将 weak_ptr 类型指针视为 shared_ptr 指针的一种辅助工具，借助 weak_ptr 类型指针， 我们可以获取 shared_ptr 指针的一些状态信息，比如有多少指向相同的 shared_ptr 指针、shared_ptr 指针指向的堆内存是否已经被释放等等。

需要注意的是，当 weak_ptr 类型指针的指向和某一 shared_ptr 指针相同时，weak_ptr 指针并不会使所指堆内存的引用计数加 1；同样，当 weak_ptr 指针被释放时，之前所指堆内存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所指堆内存空间的引用计数。

除此之外，weak_ptr<T> 模板类中没有重载 * 和 -> 运算符，这也就意味着，weak_ptr 类型指针只能访问所指的堆内存，而无法修改它。

1、weak_ptr指针的创建

创建一个 weak_ptr 指针，有以下 3 种方式：
1) 可以创建一个空 weak_ptr 指针，例如：

std::weak_ptr<int> wp1;

2) 凭借已有的 weak_ptr 指针，可以创建一个新的 weak_ptr 指针，例如：

std::weak_ptr<int> wp2 (wp1);

若 wp1 为空指针，则 wp2 也为空指针；反之，如果 wp1 指向某一 shared_ptr 指针拥有的堆内存，则 wp2 也指向该块存储空间（可以访问，但无所有权）。

3) weak_ptr 指针更常用于指向某一 shared_ptr 指针拥有的堆内存，因为在构建 weak_ptr 指针对象时，可以利用已有的 shared_ptr 指针为其初始化。例如：

std::shared_ptr<int> sp (new int);std::weak_ptr<int> wp3 (sp);

由此，wp3 指针和 sp 指针有相同的指针。再次强调，weak_ptr 类型指针不会导致堆内存空间的引用计数增加或减少。

2) weak_ptr模板类提供的成员方法

和 shared_ptr<T>、unique_ptr<T> 相比，weak_ptr<T> 模板类提供的成员方法不多，表 1 罗列了常用的成员方法及各自的功能。

表 1 weak_ptr指针可调用的成员方法

成员方法	功 能
operator=()	重载 = 赋值运算符，是的 weak_ptr 指针可以直接被 weak_ptr 或者 shared_ptr 类型指针赋值。
swap(x)	其中 x 表示一个同类型的 weak_ptr 类型指针，该函数可以互换 2 个同类型 weak_ptr 指针的内容。
reset()	将当前 weak_ptr 指针置为空指针。
use_count()	查看指向和当前 weak_ptr 指针相同的 shared_ptr 指针的数量。
expired()	判断当前 weak_ptr 指针为否过期（指针为空，或者指向的堆内存已经被释放）。
lock()	如果当前 weak_ptr 已经过期，则该函数会返回一个空的 shared_ptr 指针；反之，该函数返回一个和当前 weak_ptr 指向相同的 shared_ptr 指针。

再次强调，weak_ptr<T> 模板类没有重载 * 和 -> 运算符，因此 weak_ptr 类型指针只能访问某一 shared_ptr 指针指向的堆内存空间，无法对其进行修改。

下面的样例演示了 weak_ptr 指针以及表 1 中部分成员方法的基本用法：

#include <iostream>#include <memory>using namespace std;int main(){ std::shared_ptr<int> sp1(new int(10)); std::shared_ptr<int> sp2(sp1); std::weak_ptr<int> wp(sp2); //输出和 wp 同指向的 shared_ptr 类型指针的数量 cout << wp.use_count() << endl; //释放 sp2 sp2.reset(); cout << wp.use_count() << endl; //借助 lock() 函数，返回一个和 wp 同指向的 shared_ptr 类型指针，获取其存储的数据 cout << *(wp.lock()) << endl; return 0;}

程序执行结果为：

2
1
10

有关表 1 中其它成员函数的用法，感兴趣的读者可直接查看 weak_ptr 官网。