Shared_ptr:保存真实对象。

weak_ptr:使用lock连接到真正的所有者，否则返回NULL shared_ptr。

大致来说，weak_ptr角色类似于房屋中介的角色。如果没有中介，要想租到房子，我们可能得在城里随机找房子。中介会确保我们只去那些还能租到的房子。

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

受到@offirmo回复的启发，我写了这段代码，然后运行visual studio诊断工具:

#include <iostream>
#include <vector>
#include <memory>

using namespace std;

struct Member;
struct Team;

struct Member {
    int x = 0;

    Member(int xArg) {
        x = xArg;
    }

    shared_ptr<Team> teamPointer;
};

struct Team {
    vector<shared_ptr<Member>> members;
};

void foo() {
    auto t1 = make_shared<Team>();
    for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
        t1->members.push_back(make_shared<Member>(i));
        t1->members.back()->teamPointer = t1;
    }
}

int main() {
    foo();

    while (1);

    return 0;
}

当指向团队的成员指针是shared_ptr teamPointer时，在foo()完成后内存就没有空闲了，即它停留在150mb左右。

但是如果在诊断工具中将其更改为weak_ptr teamPointer，您将看到一个峰值，然后内存使用量恢复到大约2MB。

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

当我们不想拥有对象时:

Ex:

class A
{
    shared_ptr<int> sPtr1;
    weak_ptr<int> wPtr1;
}

在上面的类中，wPtr1并不拥有wPtr1所指向的资源。如果资源被删除，那么wPtr1将过期。

避免循环依赖:

shard_ptr<A> <----| shared_ptr<B> <------
    ^             |          ^          |
    |             |          |          |
    |             |          |          |
    |             |          |          |
    |             |          |          |
class A           |     class B         |
    |             |          |          |
    |             ------------          |
    |                                   |
    -------------------------------------

现在如果我们创建类B和A的shared_ptr, both指针的use_count是2。

当shared_ptr超出作用域时，计数仍然保持1，因此A和B对象不会被删除。

class B;

class A
{
    shared_ptr<B> sP1; // use weak_ptr instead to avoid CD

public:
    A() {  cout << "A()" << endl; }
    ~A() { cout << "~A()" << endl; }

    void setShared(shared_ptr<B>& p)
    {
        sP1 = p;
    }
};

class B
{
    shared_ptr<A> sP1;

public:
    B() {  cout << "B()" << endl; }
    ~B() { cout << "~B()" << endl; }

    void setShared(shared_ptr<A>& p)
    {
        sP1 = p;
    }
};

int main()
{
    shared_ptr<A> aPtr(new A);
    shared_ptr<B> bPtr(new B);

    aPtr->setShared(bPtr);
    bPtr->setShared(aPtr);

    return 0;  
}

输出:

A()
B()

正如我们从输出中看到的，A和B指针永远不会被删除，从而导致内存泄漏。

为了避免这样的问题，只需在类A中使用weak_ptr而不是shared_ptr，这更有意义。

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。