为什么我们在 C++11 中需要一个 weak_ptr？

Question

我正在阅读 Nicolai M. Josuttis 的“C++ 标准库”一书，以了解弱指针。作者提到了需要weak_ptr 的两个原因，而我没有得到第二个原因。任何人都可以提供一个简单的解释以及以下原因的示例（引自书中）：

当您明确想要共享但不拥有对象时，会出现另一个示例。因此，您有这样的语义：对对象的引用的生命周期比它所引用的对象的寿命长。在这里，shared_ptrs 永远不会释放对象，普通指针可能不会注意到它们所引用的对象不再有效，这就带来了访问释放数据的风险。

Answer 1

该语句的后半部分应该很清楚：如果一个指针不是一个拥有指针，那么它所指向的对象可能会被任何软件删除是所有者 - 然后您将获得标准的悬空参考。

所以这个问题是：您拥有某个软件拥有的对象，该软件允许其他软件访问它 - 但其他软件不会共享所有权。所以所有者可以随时删除它，其他软件需要知道它的指针不再有效。

也许举个例子会有所帮助：

您有一些软件正在监视一个摄像头，该摄像头将您的窗户指向喂鸟器，它正在识别喂食器上来来往往的鸟类。喂食器上的每只鸟在到达喂食器时都有一个由该软件创建的对象，当鸟儿飞走时该对象被删除。

同时，其他一些软件也在进行人口普查。每隔 10 秒，它就会从喂食器监视软件中抓取喂食器上的鸟类集合。每 100 秒它会发出一份报告，说明在整个 100 秒内哪些鸟在喂食器上。

因为鸟类的数据很大，所以人口普查员不会复制数据。它只是每 10 秒从 feeder-watcher 获取指针的集合。

为了有必要使用弱指针，假设 feeder-watcher 只提供指向最近十秒内到达的鸟类的指针，而不是那些已经到达那里的鸟类。也就是说，没有鸟消失的通知。

通过使用弱指针，它可以在报告时知道哪些鸟还在那里，以及它们何时到达（但不知道它们何时离开）。

（也许我以后会想一个更好的例子。）

Answer 2

例如：

struct node
{
   std::shared_ptr<node> left_child;
   std::shared_ptr<node> right_child;
   std::weak_ptr<node> parent;
   foo data;   
};

在本例中，删除节点将删除 left_child 和 right_child，但不会删除父节点。如果由于某种原因，节点比父节点停留的时间更长，并且父节点被删除，那么您就有办法知道父节点不再有效。 （假设您没有使用另一个 shared_ptr 引用 left_child 或 right_child）

Answer 3

想象一个虚构的计时器事件源的回调函数

struct my_thing : std::enable_shared_from_this<my_thing>
{
  void start()
  {
    auto weak_self = std::weak_ptr<my_thing>(shared_from_this());
    _timer.set_callback([weak_self] {
      if (auto self = weak_self.lock()) {
        self->respond_to_timer();
      }
    });
  }

  void respond_to_timer()
  {
    // do something here
  }

  SomeTimer _timer;
};

在上面的例子中，my_thing 拥有定时器，但是定时器被赋予了一个回调，它引用了my_thing。这将是一个循环引用，可以防止 my_thing 被删除。

weak_selfweak_ptr 的使用打破了循环所有权问题。