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C++11 weak_ptr智能指针(一看即懂)

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

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