Boost智能指針——weak_ptr

循環引用：

引用計數是一種便利的內存管理機制，但它有一個很大的缺點，那就是不能管理循環引用的對象。一個簡單的例子以下：

#include <string>
#include <iostream>
#include <boost/shared_ptr.hpp>
#include <boost/weak_ptr.hpp>

class parent;
class children;

typedef boost::shared_ptr<parent> parent_ptr;
typedef boost::shared_ptr<children> children_ptr;

class parent
{
public:
    ~parent() { std::cout <<"destroying parent\n"; }

public:
    children_ptr children;
};

class children
{
public:
    ~children() { std::cout <<"destroying children\n"; }

public:
    parent_ptr parent;
};


void test()
{
    parent_ptr father(new parent());
    children_ptr son(new children);

    father->children = son;
    son->parent = father;
}

void main()
{
    std::cout<<"begin test...\n";
    test();
    std::cout<<"end test.\n";
}

運行該程序能夠看到，即便退出了test函數後，因爲parent和children對象互相引用，它們的引用計數都是1，不能自動釋放，而且此時這兩個對象再沒法訪問到。這就引發了c++中那臭名昭著的內存泄漏。

通常來說，解除這種循環引用有下面有三種可行的方法：

1. 當只剩下最後一個引用的時候須要手動打破循環引用釋放對象。
2. 當parent的生存期超過children的生存期的時候，children改成使用一個普通指針指向parent。
3. 使用弱引用的智能指針打破這種循環引用。

雖然這三種方法均可行，但方法1和方法2都須要程序員手動控制，麻煩且容易出錯。這裏主要介紹一下第三種方法和boost中的弱引用的智能指針boost::weak_ptr。

強引用和弱引用

一個強引用當被引用的對象活着的話，這個引用也存在（就是說，當至少有一個強引用，那麼這個對象就不能被釋放）。boost::share_ptr就是強引用。

相對而言，弱引用當引用的對象活着的時候不必定存在。僅僅是當它存在的時候的一個引用。弱引用並不修改該對象的引用計數，這意味這弱引用它並不對對象的內存進行管理，在功能上相似於普通指針，然而一個比較大的區別是，弱引用能檢測到所管理的對象是否已經被釋放，從而避免訪問非法內存。

boost::weak_ptr

boost::weak_ptr<T>是boost提供的一個弱引用的智能指針，它的聲明能夠簡化以下：

namespace boost {

    template<typename T> class weak_ptr {
    public:
        template <typename Y>
        weak_ptr(const shared_ptr<Y>& r);

        weak_ptr(const weak_ptr& r);

        ~weak_ptr();

        T* get() const; 
        bool expired() const; 
        shared_ptr<T> lock() const;
    }; 
}

能夠看到，boost::weak_ptr必須從一個boost::share_ptr或另外一個boost::weak_ptr轉換而來，這也說明，進行該對象的內存管理的是那個強引用的boost::share_ptr。boost::weak_ptr只是提供了對管理對象的一個訪問手段。

boost::weak_ptr除了對所管理對象的基本訪問功能（經過get()函數）外，還有兩個經常使用的功能函數：expired()用於檢測所管理的對象是否已經釋放；lock()用於獲取所管理的對象的強引用指針。

經過boost::weak_ptr來打破循環引用

因爲弱引用不更改引用計數，相似普通指針，只要把循環引用的一方使用弱引用，便可解除循環引用。對於上面的那個例子來講，只要把children的定義改成以下方式，便可解除循環引用：

class children
{
public:
    ~children() { std::cout <<"destroying children\n"; }

public:
    boost::weak_ptr<parent> parent;
};

最後值得一提的是,雖然經過弱引用指針能夠有效的解除循環引用，但這種方式必須在程序員能預見會出現循環引用的狀況下才能使用，也能夠是說這個僅僅是一種編譯期的解決方案，若是程序在運行過程當中出現了循環引用，仍是會形成內存泄漏的。所以，不要認爲只要使用了智能指針便能杜絕內存泄漏。畢竟，對於C++來講，因爲沒有垃圾回收機制，內存泄漏對每個程序員來講都是一個很是頭痛的問題。