在 std::set 或 std::map 的键中使用 weak_ptr 是否安全

Question

今天有很多关于std::weak_ptr 和std::owner_less 以及它们在关联容器std::set 和std::map 中的使用的问题。有许多帖子指出在std::set 中使用weak_ptr 是不正确的，因为如果弱指针过期，它将是未定义的行为。这是正确的吗？

Answer 1

std::owner_less 存在的原因之一是提供这种排序，并在存在过期弱指针的情况下保证其安全性。我的逻辑是

一、std::owner_less的定义

• operator() 定义了 25.4 中定义的严格弱排序

  在operator()、!operator()(a, b) && !operator()(b, a)定义的等价关系下，两个shared_ptr或weak_ptr实例是等价的当且仅当它们共享所有权或都是空的。

这两种情况是

1. 它们共享同一个对象，这实际上意味着它们共享同一个引用计数对象。
2. 它们都是空的。

现在，我相信第二个学期的困惑已经过去了。关键是标准中的“空”意味着weak_ptr 不与任何对象共享所有权。再次，标准状态

• constexpr weak_ptr() noexcept;

  效果：构造一个空的weak_ptr 对象。
  后置条件：use_count() == 0。

• weak_ptr(const weak_ptr& r) noexcept;
• template<class Y> weak_ptr(const weak_ptr<Y>& r) noexcept;

• template<class Y> weak_ptr(const shared_ptr<Y>& r) noexcept;

  要求：除非Y* 可以隐式转换为T*，否则第二个和第三个构造函数不应参与重载决议。

  效果：如果r为空，则构造一个空 weak_ptr 对象；否则，构造一个共享的weak_ptr 对象 拥有r 并存储存储在r 中的指针副本。

  后置条件：use_count() == r.use_count()。

交换定义为交换两个weak_ptrs 的状态，赋值定义为使用上面的构造函数和交换。

这里要注意的关键是，创建空weak_ptr 的唯一方法是默认构造它，或者从以前空的weak_ptr 或shared_ptr 复制/移动/分配一个。同样重要的是要注意，您不能通过简单地让weak_ptr 过期来获得空的weak_ptr。过期的weak_ptr 的use_count 为零。

实际上，当创建shared_ptr 时，必须创建一个引用计数对象，或者使用shared_ptr 构造函数与数据分开，或者在使用std::make_shared 时在相同的内存分配中创建。当从shared_ptr 构造weak_ptr 时，它将指向相同的控制结构和引用计数。当shared_ptr 被销毁时，它可能会销毁数据，但引用计数对象必须保留，直到所有共享所有权的weak_ptr 被删除。否则，weak_ptr 将有一个悬空指针引用。

因此，所有这些加在一起意味着使用std::weak_ptr 作为std::map 或std::set 的键是安全的，只要您使用std::owner_less 执行排序。以上保证了weak_ptr 的顺序将保持不变，即使它在容器中过期也是如此。