c++ - weak_ptr这个智能指针有什么用？

Question

c++primer：

通过使用weak_ptr，不会影响一个给定的strblob所指向的vector的生存期。但是，可以阻止用户访问一个不再存在的vector的企图。

书上说的作用就这一个，我想不通的是，阻止用户访问一个不再存在的vector，难道就不能通过检测strblob的shared_ptr是否为NULL来实现吗？

PHP中文网 · Answer

補充1：為什麼不能檢測shared_ptr是否為NULL？

因為這就是錯的。 shared_ptr和nullptr相等，不代表所引用的物件不存在了。

shared_ptr允許有一個「empty」狀態，代表shared_ptr物件的實例本身存在，但並不指向一個有效的T。 shared_ptr重載了==和=來表示以下意義：

shared_ptr和nullptr判等，代表判斷是否處在empty狀態；
shared_ptr被賦值為nullptr，不代表shared_ptr實例本身沒了，而是把這個shared_ptr實例的狀態改為empty。
一個已經處於empty狀態的shared_ptr仍可以被繼續賦值成為一個有效、有值的shared_ptr。

如果有兩個shared_ptr同時指向同一個T在記憶體中的實例，那麼任一個shared_ptr和nullptr判等成功，都不能說明指向的物件已經不存在（被銷毀）了！

任何一個具體用例中，必然有多個shared_ptr指向同一個實例（如果沒有多個你shared幹嘛）。所以判空某 1 個shared_ptr去確定被指向的對像是否已被銷毀，這個在語意和實效上都絕無任何正確（哪怕是「蒙對了」）的可能！

補充2：shared_ptr到底是什麼？

首先shared_ptr雖然名為“智慧指針”，但其實他不是指針。一個shared_ptr定義出來的東西，只是一個單純的變量，儲存了一個實例化出來的class。其本質上等同於以下程式碼：

struct MyClass
{
public:
    int MyValue;
    MyClass(int my_value) {
        MyValue = my_value;
    }
}

void main()
{
    auto a = new MyClass(1); 
    // a 是一个单纯的变量，不是指针
    // a 天然与 main() 函数拥有等同的生命周期
}

為什麼shared_ptr能夠像指標一樣使用*、&、->等運算符，是因為shared_ptr類別把這些運算子重載了，從而讓程式編寫者「看起來」像是在用指針而已。

一個非指標的局部變量，如果不靠運算子重載，你是不能判nullptr的。如同你不能對一個int判nullptr一樣。

shared_ptr判nullptr由於運算子重載，其本質意義都變了，必須具體分析，而不能想當然！

嗯…非讀者註意：StrBlob只是那本書裡的一個範例類，其內部用shared_ptr維護其管理的vector集合本身的生存期。與C++本身無關。

阻止使用者存取一個不再存在的vector，這個用shared_ptr沒問題，能做到。事實上很多情況下，weak_ptr全改shared_ptr並不會立刻就炸。

但是shared_ptr意味著你的引用和原物件是一個強聯繫。你的引用不解開，原物件就不能銷毀。濫用強聯繫，這在一個運行時間長、規模比較大，或者是資源較為緊缺的系統中，極易造成隱性的內存洩漏，這會成為一個災難性的問題。

更糟的是，濫用強聯繫可能造成循環引用的災難。即：B持有指向A內成員的一個shared_ptr，A也持有指向B內成員的一個shared_ptr，此時A和B的生命週期互相由對方決定，事實上都無法從記憶體中銷毀。
——這還只是一個簡單的情況。如果存在間接的強引用，或是多於兩個實例之間的強引用，這個相關的bug解起來將是災難性的。

shared_ptr是C++記憶體管理機制的一種放鬆。但放鬆絕不代表可以濫用，否則最後的結局恐怕不會比裸指針到處申請了不釋放更好。

必須明確：從語意上來說，shared_ptr代表了一種對生命週期的自動推論。其本質的意義是：A持有B的shared_ptr，代表B的生命週期反而完全覆蓋了A。以樹狀結構的層級來理解，指標持有者是下級，指針指向的目標反而是上級－下級短命，上級長存；上級不存，下級焉附。

從這個意義上，有些關係你用shared_ptr就表示不了了：

隸屬關係中，祖先到子孫的關係。例如一個物件容器，具體物件找其隸屬的容器可以用shared_ptr，但是容器去找具體的物件則不行，因為容器不能要求物件生存的比自己更久。
生命週期沒有本質關聯的兩個無關對象。例如一個全域事件管理器（訂閱者模型），事件訂閱者建構時把自己註冊進來，析構時把自己解註冊掉。管理器要維護到達這個物件的指標（從而發送訊息），但絕對不允許染指物件的生命週期，物件的析構需要無視訂閱者的存在，只由其他業務所必須的強引用來控制。

這種時候就是weak_ptr的用處。 weak_ptr提供一個（1）能夠確定對方生存與否（2）互相之間生命週期無幹擾（3）可以臨時借用一個強引用（在你需要引用對方的短時間內保證對方存活）的智能指針。

而weak_ptr要求程式設計師在運作時確定生存並加鎖，這也是邏輯上必須的本徵複雜度－如果別人活的比你短，你當然要：（1）先確定別人的死活（2）如果還活著，就給他續命續到你用完了為止。

事實上弱引用和強引用這個概念，在有GC的語言中也是一個需要注意的問題。以C#為例：

public class EventDisposer
{
    private Dictionary> pendingEvents;
    private void Dispose(int event_id)
    {
        var reference = pendingEvents[event_id];
        IEventListener context;
        if (reference.TryGetTarget(out context)) 
        {
            // context is valid from here to the end of function
            context.Trigger();
        }
        else
        {
            // context has already been destroyed...
        }
    }
}

這個程式使用WeakReference替代強引用的IEventListener，從而使接受事件分發的對象，在生存週期上可以獲得徹底銷毀的自由，而不和事件分發者產生什麼必然的關聯。

伊谢尔伦 · Answer

防止循環引用