Effective Modern C++ Item 20

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记录了我对Item20 Use std::weak_ptr for std::shared_ptr-like pointers that can dangle的学习笔记

Item 20: Use std::weak_ptr for std::shared_ptr-like pointers that can dangle

std::weak_ptr不是一个独立的智能指针。它是std::shared_ptr的增强。std::weak_ptr不能解引用，不会影响所指对象的引用计数。

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auto spw =                      //spw创建之后，指向的Widget的
    std::make_shared<Widget>(); //引用计数（ref count，RC）为1。
                                //std::make_shared的信息参见条款21
…
std::weak_ptr<Widget> wpw(spw); //wpw指向与spw所指相同的Widget。RC仍为1
…
spw = nullptr;                  //RC变为0，Widget被销毁。
                                //wpw现在悬空

std::weak_ptr通常从std::shared_ptr上创建，并使用expired()检查它是否悬空。

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if (wpw.expired()) …            //如果wpw没有指向对象…

std::weak_ptr如果没有悬空，那我们肯定是想访问它的对象的。考虑到它没有解引用操作，我们可以通过从std::weak_ptr创建std::shared_ptr来实现访问所指对象：

  • 使用std::weak_ptr::lock，它返回一个std::shared_ptr，如果std::weak_ptr悬空，std::shared_ptr为空。
  • 以std::weak_ptr为实参构造std::shared_ptr。如果std::weak_ptr悬空，会抛出一个异常。
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std::shared_ptr<Widget> spw1 = wpw.lock();  //如果wpw过期，spw1就为空

std::shared_ptr<Widget> spw3(wpw);          //如果wpw过期，抛出std::bad_weak_ptr异常

std::weak_ptr 有三种主要用法:

  1. 缓存

    我们希望将一些计算结果存储在缓存中, 缓存对象的指针需要知道它是否已经悬空。所以缓存应该使用std::weak_ptr

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    std::shared_ptr<const Widget> fastLoadWidget(WidgetID id)
    {
        static std::unordered_map<WidgetID,
                                  std::weak_ptr<const Widget>> cache;
                                            //译者注：这里std::weak_ptr<const Widget>是高亮
        auto objPtr = cache[id].lock();     //objPtr是去缓存对象的
                                            //std::shared_ptr（或
                                            //当对象不在缓存中时为null）

        if (!objPtr) {                      //如果不在缓存中
            objPtr = loadWidget(id);        //加载它
            cache[id] = objPtr;             //缓存它
        }
        return objPtr;
    }

  2. 观察者设计模式

    观察者设计模式有observers观察的subjects。每个subjects都持有指向其observers的指针。因此如果subjects状态发生变化, 它可以向observers发送更新。但它必须确保如果observers被销毁后不再访问它。std::weak_ptr 是此处使用的正确指针类型。

  3. 循环引用

    有一个用例, A 持有 B 的一个 std::shared_ptr，但 B 也想指向回 A.，如下图所示:

    item20_fig2

    • 使用原始指针：如果 A 被销毁, B 可能会无意中引用到悬挂指针，不好。
    • std::shared_ptr：A和B都互相持有对方的std::shared_ptr，导致了循环引用，错误。
    • std::weak_ptr：尽管A和B互相指向对方，B的指针不会影响A的引用计数，正确。

从效率角度来看，std::weak_ptr与std::shared_ptr基本相同。

重点

  • 将 std::weak_ptr 替代可能会悬空的 std::shared_ptr 。
  • std::weak_ptr 的潜在使用场景包括缓存、观察者列表和打破 std::shared_ptr 循环结构。