weak_ptr是如何工作的？

Question

我了解如何使用weak_ptr和shared_ptr。通过计算其对象中引用的数量，我明白shared_ptr的工作原理。 weak_ptr如何工作？我尝试阅读boost源代码，并且我不太熟悉提升以了解它使用的所有内容。

谢谢。

Answer 1

shared_ptr使用额外的“计数器”对象（又称“共享计数”或“控制块”）来存储引用计数。 （顺便说一句：即“计数器”对象也存储删除器。）

shared_ptr每个和weak_ptr包含一个指向实际指针对象，和一个第二指针的“计数器”的对象。

要实现weak_ptr，在“反”对象存储两个不同的计数器：

• 的“使用计数”是shared_ptr实例指向的对象的数量。
• “弱计数”是weak_ptr实例指向的对象，加一的数量如果“使用计数”仍然是> 0

当“使用计数”达到零时，指针对象被删除。

当“弱计数”达到零（这意味着“使用计数”也必须为零，见上文）时，“counter”辅助对象被删除。

当您尝试从weak_ptr获取shared_ptr时，该库会自动检查“使用计数”，并且如果其大于0，则会将其增加。如果成功，你得到你的shared_ptr。如果“使用计数”已为零，您将获得一个空的shared_ptr实例。

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编辑：现在，为什么他们增加一个弱计数，而不仅仅是释放“反”的对象时，这两个方面降为零？好问题。

另一种方法是在“使用计数”和“弱计数”均为零时删除“计数器”对象。这是第一个原因：在每个平台上检查两个（指针大小的）计数器是不可能的，即使它在哪里，它也比检查一个计数器更复杂。

另一个原因是删除程序必须保持有效，直到它完成执行。由于删除者存储在“计数器”对象中，这意味着“计数器”对象必须保持有效。考虑如果一个对象有一个shared_ptr和一个weak_ptr会发生什么，并且它们在并发线程中同时被重置。我们假设shared_ptr排在第一位。它将“使用次数”减少到零，并开始执行删除程序。现在weak_ptr将“弱计数”减小到零，并且发现“使用计数”也是零。所以它删除了“counter”对象，并删除了它。删除者仍在运行。

当然，会有不同的方法来确保“counter”对象保持活着，但我认为将“弱数”增加一个是非常优雅和直观的解决方案。 “弱计数”成为“计数器”对象的参考计数。而且由于shared_ptr也引用了反制对象，它们也必须增加“弱数”。

可能更直观的解决方案是增加每个单独的shared_ptr的“弱计数”，因为每个单独的shared_ptr都保持对“计数器”对象的引用。

为所有shared_ptr实例添加一个只是一个优化（复制/分配shared_ptr实例时保存一个原子增量/减量）。

Answer 2

基本上，“weak_ptr”是一个普通的“T *”指针，它可以让你在代码中稍后恢复一个强引用，即“shared_ptr”。

就像普通的T *一样，weak_ptr不做任何引用计数。在内部，为了支持任意类型T的引用计数，STL（或任何其他实现这种逻辑的库）创建一个封装器对象，我们称之为“锚定器”。 “锚点”仅用于实现我们需要的引用计数和“计数为零时，呼叫删除”行为。

在一个强大的参考中，shared_ptr实现了它的副本，操作符=，构造函数，析构函数和其他相关的API来更新“Anchor”的引用计数。这就是shared_ptr如何确保您的“T”与使用它的人一样长寿。在“weak_ptr”中，这些相同的API只是复制实际的Anchor ptr。他们不更新引用计数。

这就是为什么“weak_ptr”最重要的API是“过期”以及名字不太好的“锁”。 “过期”告诉你底层对象是否仍然在 - 即“它是否已经删除了，因为所有强引用都超出了范围？”。 “Lock”将（如果可以）将weak_ptr转换为强参考shared_ptr，恢复引用计数。

顺便说一句，“锁定”是该API的一个可怕的名字。你不是（只是）调用一个互斥体，而是用一个弱的参考来创建一个强有力的参考，并用这个“锚”来表现。这两个模板中最大的缺陷是它们没有实现operator->，所以要对对象做任何事情都必须恢复原始的“T *”。他们主要是为了支持诸如“shared_ptr”之类的东西，因为原始类型不支持“ - >”运算符。