我看到了很多有趣的答案，解释引用计数等，但我错过了一个简单的例子，演示如何使用weak_ptr防止内存泄漏。在第一个例子中，我在循环引用的类中使用shared_ptr。当类超出作用域时，它们不会被销毁。

#include<iostream>
#include<memory>
using namespace std;

class B;

class A
{
public:
    shared_ptr<B>bptr;
    A() {
        cout << "A created" << endl;
    }
    ~A() {
        cout << "A destroyed" << endl;
    }
};

class B
{
public:
    shared_ptr<A>aptr;
    B() {
        cout << "B created" << endl;
    }
    ~B() {
        cout << "B destroyed" << endl;
    }
};

int main()
{
    {
        shared_ptr<A> a = make_shared<A>();
        shared_ptr<B> b = make_shared<B>();
        a->bptr = b;
        b->aptr = a;
    }
  // put breakpoint here
}

如果你运行代码片段，你会看到类被创建，但没有被销毁:

A created
B created

现在我们把shared_ptr改成weak_ptr:

class B;
class A
{
public:
    weak_ptr<B>bptr;

    A() {
        cout << "A created" << endl;
    }
    ~A() {
        cout << "A destroyed" << endl;
    }
};

class B
{
public:
    weak_ptr<A>aptr;

    B() {
        cout << "B created" << endl;
    }
    ~B() {
        cout << "B destroyed" << endl;
    }
};

    int main()
    {
        {
            shared_ptr<A> a = make_shared<A>();
            shared_ptr<B> b = make_shared<B>();
            a->bptr = b;
            b->aptr = a;
        }
      // put breakpoint here
    }

这一次，当使用weak_ptr时，我们看到了正确的类破坏:

A created
B created
B destroyed
A destroyed

Std::weak_ptr是解决悬浮指针问题的一个很好的方法。通过使用原始指针，不可能知道所引用的数据是否已被释放。相反，通过让std::shared_ptr管理数据，并将std::weak_ptr提供给数据的用户，用户可以通过调用expired()或lock()来检查数据的有效性。

你不能单独用std::shared_ptr这样做，因为所有std::shared_ptr实例共享数据的所有权，这些数据在std::shared_ptr的所有实例被删除之前没有被删除。下面是一个如何使用lock()检查悬浮指针的例子:

#include <iostream>
#include <memory>

int main()
{
    // OLD, problem with dangling pointer
    // PROBLEM: ref will point to undefined data!

    int* ptr = new int(10);
    int* ref = ptr;
    delete ptr;

    // NEW
    // SOLUTION: check expired() or lock() to determine if pointer is valid

    // empty definition
    std::shared_ptr<int> sptr;

    // takes ownership of pointer
    sptr.reset(new int);
    *sptr = 10;

    // get pointer to data without taking ownership
    std::weak_ptr<int> weak1 = sptr;

    // deletes managed object, acquires new pointer
    sptr.reset(new int);
    *sptr = 5;

    // get pointer to new data without taking ownership
    std::weak_ptr<int> weak2 = sptr;

    // weak1 is expired!
    if(auto tmp = weak1.lock())
        std::cout << "weak1 value is " << *tmp << '\n';
    else
        std::cout << "weak1 is expired\n";
    
    // weak2 points to new data (5)
    if(auto tmp = weak2.lock())
        std::cout << "weak2 value is " << *tmp << '\n';
    else
        std::cout << "weak2 is expired\n";
}

输出

weak1 is expired
weak2 value is 5

共享指针有一个缺点: Shared_pointer不能处理父子周期依赖关系。如果父类使用父类的对象使用共享指针，则表示在同一文件中，如果子类使用父类的对象。共享指针将无法析构所有对象，甚至在循环依赖场景中共享指针根本不调用析构函数。基本上共享指针不支持引用计数机制。

我们可以使用weak_pointer来克服这个缺点。

它们在Boost中很有用。当调用异步处理程序时，不能保证目标对象仍然存在。诀窍是使用std::bind或lambda capture将weak_ptr绑定到异步处理程序对象中。

void MyClass::startTimer()
{
    std::weak_ptr<MyClass> weak = shared_from_this();
    timer_.async_wait( [weak](const boost::system::error_code& ec)
    {
        auto self = weak.lock();
        if (self)
        {
            self->handleTimeout();
        }
        else
        {
            std::cout << "Target object no longer exists!\n";
        }
    } );
}

这是在Boost中经常看到的self = shared_from_this()习惯用法的变体。Asio示例，其中挂起的异步处理程序不会延长目标对象的生命周期，但如果目标对象被删除，则仍然是安全的。

我看到std::weak_ptr<T>作为std::shared_ptr<T>的句柄:它允许我 获取std::shared_ptr<T>(如果它仍然存在)，但是它不会扩展它的 一生。在以下几种情况下，这种观点是有用的:

// Some sort of image; very expensive to create.
std::shared_ptr< Texture > texture;

// A Widget should be able to quickly get a handle to a Texture. On the
// other hand, I don't want to keep Textures around just because a widget
// may need it.

struct Widget {
    std::weak_ptr< Texture > texture_handle;
    void render() {
        if (auto texture = texture_handle.get(); texture) {
            // do stuff with texture. Warning: `texture`
            // is now extending the lifetime because it
            // is a std::shared_ptr< Texture >.
        } else {
            // gracefully degrade; there's no texture.
        }
    }
};

另一个重要的场景是打破数据结构中的循环。

// Asking for trouble because a node owns the next node, and the next node owns
// the previous node: memory leak; no destructors automatically called.
struct Node {
    std::shared_ptr< Node > next;
    std::shared_ptr< Node > prev;
};

// Asking for trouble because a parent owns its children and children own their
// parents: memory leak; no destructors automatically called.
struct Node {
    std::shared_ptr< Node > parent;
    std::shared_ptr< Node > left_child;
    std::shared_ptr< Node > right_child;
};

// Better: break dependencies using a std::weak_ptr (but not best way to do it;
// see Herb Sutter's talk).
struct Node {
    std::shared_ptr< Node > next;
    std::weak_ptr< Node > prev;
};

// Better: break dependencies using a std::weak_ptr (but not best way to do it;
// see Herb Sutter's talk).
struct Node {
    std::weak_ptr< Node > parent;
    std::shared_ptr< Node > left_child;
    std::shared_ptr< Node > right_child;
};

赫布·萨特有一篇精彩的演讲，解释了语言的最佳使用 特性(在这种情况下是智能指针)，以确保默认情况下的泄漏自由 (意思是:所有的东西都是通过建设来实现的;你很难搞砸它 )。这是必看的节目。

除了其他已经提到的有效用例，std::weak_ptr在多线程环境中是一个很棒的工具，因为

它不拥有对象，因此不能妨碍在不同线程中删除 Std::shared_ptr与Std::weak_ptr结合在一起对悬空指针是安全的——与Std::unique_ptr与原始指针结合在一起相反 std::weak_ptr::lock()是一个原子操作(参见关于weak_ptr的线程安全)

考虑一个任务，将一个目录(~10.000)的所有图像同时加载到内存中(例如作为缩略图缓存)。显然，做到这一点的最佳方法是一个控制线程(处理和管理图像)和多个工作线程(加载图像)。这是一个简单的任务。这里是一个非常简化的实现(join()等被省略了，线程将不得不在一个真正的实现中被不同地处理等)

// a simplified class to hold the thumbnail and data
struct ImageData {
  std::string path;
  std::unique_ptr<YourFavoriteImageLibData> image;
};

// a simplified reader fn
void read( std::vector<std::shared_ptr<ImageData>> imagesToLoad ) {
   for( auto& imageData : imagesToLoad )
     imageData->image = YourFavoriteImageLib::load( imageData->path );
}

// a simplified manager
class Manager {
   std::vector<std::shared_ptr<ImageData>> m_imageDatas;
   std::vector<std::unique_ptr<std::thread>> m_threads;
public:
   void load( const std::string& folderPath ) {
      std::vector<std::string> imagePaths = readFolder( folderPath );
      m_imageDatas = createImageDatas( imagePaths );
      const unsigned numThreads = std::thread::hardware_concurrency();
      std::vector<std::vector<std::shared_ptr<ImageData>>> splitDatas = 
        splitImageDatas( m_imageDatas, numThreads );
      for( auto& dataRangeToLoad : splitDatas )
        m_threads.push_back( std::make_unique<std::thread>(read, dataRangeToLoad) );
   }
};

但是，如果你想中断图像的加载，例如，因为用户选择了一个不同的目录，它会变得复杂得多。或者即使你想毁掉经理。

在更改m_imageDatas字段之前，您需要线程通信并必须停止所有加载器线程。否则，加载器将继续加载，直到所有图像都完成—即使它们已经过时。在简化的示例中，这不会太难，但在实际环境中，事情可能要复杂得多。

The threads would probably be part of a thread pool used by multiple managers, of which some are being stopped, and some aren't etc. The simple parameter imagesToLoad would be a locked queue, into which those managers push their image requests from different control threads with the readers popping the requests - in an arbitrary order - at the other end. And so the communication becomes difficult, slow and error-prone. A very elegant way to avoid any additional communication in such cases is to use std::shared_ptr in conjunction with std::weak_ptr.

// a simplified reader fn
void read( std::vector<std::weak_ptr<ImageData>> imagesToLoad ) {
   for( auto& imageDataWeak : imagesToLoad ) {
     std::shared_ptr<ImageData> imageData = imageDataWeak.lock();
     if( !imageData )
        continue;
     imageData->image = YourFavoriteImageLib::load( imageData->path );
   }
}

// a simplified manager
class Manager {
   std::vector<std::shared_ptr<ImageData>> m_imageDatas;
   std::vector<std::unique_ptr<std::thread>> m_threads;
public:
   void load( const std::string& folderPath ) {
      std::vector<std::string> imagePaths = readFolder( folderPath );
      m_imageDatas = createImageDatas( imagePaths );
      const unsigned numThreads = std::thread::hardware_concurrency();
      std::vector<std::vector<std::weak_ptr<ImageData>>> splitDatas = 
        splitImageDatasToWeak( m_imageDatas, numThreads );
      for( auto& dataRangeToLoad : splitDatas )
        m_threads.push_back( std::make_unique<std::thread>(read, dataRangeToLoad) );
   }
};

此实现几乎与第一个实现一样简单，不需要任何额外的线程通信，并且可以在实际实现中作为线程池/队列的一部分。由于过期的图像被跳过，而未过期的图像被处理，因此在正常操作期间线程永远不必停止。 你总是可以安全地更改路径或销毁你的管理器，因为读取器fn检查，如果拥有的指针没有过期。