如何防止智能指针循环引用问题

Posted 2023-04-15

参考技术A 同样的东西，名称有所不同而已Java:java.lang.ref.WeakReferencePython:weakref通常的垃圾回收有两种方式，一种是引用计数（referencecounting）也就是利用智能指针，另一种是循环垃圾回收器（cyclicgarbagecollector）。后者可以直接处理循环引用，不过通常不能及时调用析构方法。Java和python都有循环垃圾回收器，所以弱引用只是一个补充而已

智能指针循环引用——你真的懂了吗？

相信不少同学都在面试中都被问到过c++智能指针的问题，接踵而至的必定是循环引用了，而我每次的答案都是一招鲜：因为它们都在互相等待对方先释放，所以造成内存泄漏。面试官很满意，我也很满意。

但是为啥要等到对方先释放？在我内心也曾有个问号。。

智能指针起源

所谓人类进步的阶梯就是懒，曾几何时，就有人想，我把new 运算符返回的指针p交给一个对象“托管”，而不用操心在哪里去释放这个指针p，由这个托管者自动的在合适的时机进行指针p的释放，这样也不怕自己忘记释放指针p了。而且，我这边操作托管者，要跟操作原来的指针一毛一样，这样才方便。即假设托管指针p的对象叫做shared_ptr，那么

*shared_ptr 所指，便是 *p 所向！

第一章 auto_ptr

最早的智能指针类，实现了*运算符。你用它实例化出来一个类对象，用起来就好像指针一样。对象的特性自然是在作用域结束时，自动调用析构函数实现自我销毁。如此一来，攻城狮们便可不再操心何时释放指针，而可以随心所欲的摸鱼啦。

但其有个致命缺陷：因为其缺省的复制和赋值构造函数，带来的同一个对象被多个智能指针托管，释放的时候便混乱异常，一不小心就重复释放了，使得用户使用起来战战兢兢，老早就被淘汰了。

第二章 unique_ptr

为了规避auto_ptr可以随意复制和赋值构造的缺陷，就推出了unique_ptr， 其实就是给auto_ptr简单换了个名字，并禁用掉其默认的复制和赋值构造函数，好嘛，大家都别用了<(｀^′)>，不写代码，就不会有bug！

第三章 shared_ptr

只有一个unique_ptr，对于省吃俭用的高级攻城狮们来说自然是不够的，于是就有人站了出来喊了一声：我们要搞共享经济——砰！基于引用计数的shared_ptr横空出世了，每多一个人持有这个对象，引用计数就加一；每少一个人持有这个对象，引用计数就减一。引用计数为零时，才做真正的销毁操作。

很快，梦魇悄然而至，“我的shared_ptr怎么没有释放？”——一位焦头烂额的格子少年路过。。

起初，没有人在意这场灾难，这不过是一个指针的丢失、一个bug，一个服务器的宕机，直到这场灾难和每个人息息相关......

"你看这个人写的代码，它好像一坨狗屎"

#include <iostream>

class B;
class A 
public:
    A() 
        std::cout << "A" << std::endl;
    
    ~A() 
        std::cout << "~A" << std::endl;
    
public:
	std::shared_ptr<B> ptr;
;

class B 
public:
    B() 
        std::cout << "B" << std::endl;
    
    ~B() 
        std::cout << "~B" << std::endl;
    
public:
	std::shared_ptr<A> ptr;
;

void fun() 
	std::shared_ptr<A> pa(new A());
	std::shared_ptr<B> pb(new B());
	pa->ptr = pb;
	pb->ptr = pa;


int main()

	fun();
	return 0;

运行结果我不敢看： (*/ω＼*)

纳尼？A和B的析构函数都没有被调用，妥妥的内存泄漏了！ 

事后，据某位亲身经历这次事件的大牛回忆说：“喔，当时的内存布局是这个样子的！”

“对象A同时被pa和对象B中的ptr两个智能指针托管，所以引用计数为2；对象B同时被pb和对象
A中的ptr两个智能指针托管，所以引用计数也为2。那么当fun函数执行完，栈对象pb、pa依次开始执行这样的析构函数：”

// 大牛随手写的析构函数伪代码
// Copyright 2022 DaNiu. All rights reserved.

if (--ref_cnt == 0) delete obj;

“紧接着内存布局就变成了这样：”

“pa和pb已经销毁了，然而对象A和B，已经迷失在这浩瀚内存中，亘古难灭。。。吾称之为循环引用！”

路人震惊：“嘶！随着这样的迷失越来越多，这片天地再也无人可搞对象！！！”

゜゜(´Ｏ`) ゜゜。：“不要啊！我还没有搞过对象呢。”

......

庆幸的是，不就之后，有人就在shared_ptr出世的那方世界的一个不起眼的角落里，发现了一个小家伙，伴shared_ptr而生。

终章 weak_ptr

为了解决shared_ptr在在循环引用中存在的资源泄漏问题，weak_ptr在这种场景下应用而生，weak_ptr指向的智能指针对象，其引用计数不会加一，也就不会存在无法释放的问题了。

解决的方法就是，把A和B其中的一个ptr改成weak_ptr。