深入理解 shared_ptr 与 weak_ptr：访问控制与线程安全
深入理解 shared_ptr 与 weak_ptr：访问控制与线程安全
引言
在多线程编程中，合理使用智能指针（如 std::shared_ptr 和 std::weak_ptr）对于管理资源的生命周期和避免潜在的竞争条件至关重要。本文将通过两个版本的 main 函数示例来探讨如何利用 weak_ptr 实现对对象的安全访问，以及如何演示访问成功与失败的情况。
示例代码概览
我们将定义一个简单的类 A，它包含一个成员函数 testA。此外，我们还会创建一个子线程函数 handler01，该函数接收一个 weak_ptr<A> 参数，并尝试访问 A 对象。最后，我们将展示两个版本的 main 函数，分别对应于可以访问和无法访问 A 对象的情形。
类定义与子线程函数
#include <iostream>#include <memory>#include <thread>#include <chrono>using namespace std;class A {public:void testA() {cout << "testA function called" << endl;}};// 子线程void handler01(weak_ptr<A> pw) {std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));// 使用 weak_ptr 转换为 shared_ptr 进行安全访问shared_ptr<A> sp = pw.lock();if (sp != nullptr) {sp->testA();} else {cout << "A对象已经析构," << endl;}}版本一：能够访问 A 对象
在这个版本中，主线程等待的时间足够长，使得子线程有机会在 A 对象被销毁之前访问它。
int main() {{shared_ptr<A> p(new A());thread t1(handler01, weak_ptr<A>(p));// 主线程等待足够长时间确保子线程可以访问A对象std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(3)); // 等待时间延长// 阻塞等待子线程结束t1.join();}return 0;}输出结果：
testA function called
解释：
在这个版本中，主线程等待了足够长的时间（3秒），使得子线程能够在
A对象被销毁前锁定并调用testA方法。输出显示子线程成功调用了
testA方法。
版本二：无法访问 A 对象
在这个版本中，主线程等待的时间较短，导致子线程尝试访问时 A 对象已经被销毁。
int main() {{shared_ptr<A> p(new A());thread t1(handler01, weak_ptr<A>(p));// 主线程等待一段时间后释放A对象std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(500)); // 缩短等待时间p.reset(); // 释放A对象// 阻塞等待子线程结束t1.join();}return 0;}输出结果：
A对象已经析构,
解释：
在这个版本中，主线程只等待了很短的时间（500毫秒），然后就释放了
A对象。当子线程尝试访问
A对象时，发现对象已被销毁，因此输出提示信息“A对象已经析构”。
weak_ptr 的详细用法
std::weak_ptr 是一种不增加引用计数的智能指针，它用于观察 std::shared_ptr 所管理的对象。weak_ptr 不拥有对象的所有权，因此不会阻止对象的销毁。这使得 weak_ptr 成为解决循环引用问题的理想选择。
基本用法
构造
weak_ptr:可以从
shared_ptr构造weak_ptr。也可以从另一个
weak_ptr构造新的weak_ptr。
shared_ptr<A> sp(new A());weak_ptr<A> wp1(sp); // 从 shared_ptr 构造weak_ptr<A> wp2(wp1); // 从 weak_ptr 构造
使用
lock()方法:lock()方法尝试将weak_ptr转换为shared_ptr。如果对象仍然存在，则返回一个
shared_ptr指向该对象。如果对象已被销毁，则返回一个空的
shared_ptr。
shared_ptr<A> sp = wp.lock();if (sp) {sp->testA(); // 安全访问对象} else {cout << "对象已销毁" << endl;}检查是否过期:
使用
expired()方法检查weak_ptr是否指向一个已销毁的对象。
if (wp.expired()) {cout << "对象已销毁" << endl;}重置
weak_ptr:使用
reset()方法将weak_ptr设置为nullptr。
wp.reset();
优点
避免循环引用:
weak_ptr不增加引用计数，因此不会导致循环引用问题。例如，在双向链表中，父节点可以使用
shared_ptr指向子节点，而子节点可以使用weak_ptr指向父节点。
线程安全:
weak_ptr提供了一种安全的方式来访问可能已被销毁的对象。通过
lock()方法，可以在多线程环境中安全地访问共享资源。
资源管理:
weak_ptr允许程序在需要时检查对象是否存在，从而避免访问已销毁的对象。
总结
通过上述两个版本的 main 函数示例，我们可以清楚地看到 weak_ptr 在处理可能已销毁的对象时的重要性。使用 lock() 方法尝试将 weak_ptr 提升为 shared_ptr 是一种安全的做法，可以避免访问已销毁的对象，从而防止程序崩溃或产生未定义行为。这种方法不仅适用于单线程环境，在多线程环境中尤为重要，因为它帮助我们有效地管理对象的生命周期，同时保证了线程安全。