我开始研究c++ 11的智能指针，我没有看到std::weak_ptr有任何有用的用途。有人能告诉我什么时候std::weak_ptr是有用的/必要的吗?
当前回答
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。
其他回答
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
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。
缓存就是一个很好的例子。
对于最近访问的对象，您希望将它们保存在内存中，因此可以保留一个指向它们的强指针。定期扫描缓存，确定最近没有访问哪些对象。你不需要把它们保存在内存中，所以你去掉强指针。
但是，如果该对象正在使用，而其他一些代码持有指向它的强指针，该怎么办?如果缓存删除了指向该对象的唯一指针，就再也找不到它了。因此，缓存保留了一个弱指针，指向它需要找到的对象，如果它们碰巧留在内存中。
这正是弱指针所做的——它允许你在一个对象仍然在附近时定位它，但如果没有其他东西需要它，它就不会保留它。
Here's one example, given to me by @jleahy: Suppose you have a collection of tasks, executed asynchronously, and managed by an std::shared_ptr<Task>. You may want to do something with those tasks periodically, so a timer event may traverse a std::vector<std::weak_ptr<Task>> and give the tasks something to do. However, simultaneously a task may have concurrently decided that it is no longer needed and die. The timer can thus check whether the task is still alive by making a shared pointer from the weak pointer and using that shared pointer, provided it isn't null.
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。
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