在现代 C++ 中，智能指针如 std::shared_ptr 和 std::weak_ptr 是管理动态内存的重要工具。std::shared_ptr 通过引用计数机制自动释放内存，当引用计数降为零时，它会自动删除所管理的对象。然而，当两个或多个 std::shared_ptr 实例相互引用时，会出现循环引用问题，导致引用计数无法归零，从而引发内存泄漏。
循环引用问题
循环引用通常发生在以下情况：
对象 A 包含一个 std::shared_ptr指向对象 B。对象 B 也包含一个 std::shared_ptr指向对象 A。
这种情况下，即使外部没有对这些对象的引用，它们内部的 std::shared_ptr 也会使彼此的引用计数保持为 1，导致内存无法释放。
解决方案：std::weak_ptr
std::weak_ptr 是一种不控制对象生存期的智能指针，它可以引用由 std::shared_ptr 管理的对象而不增加引用计数。因此，使用 std::weak_ptr 可以打破循环引用。
代码示例
下面是一个演示循环引用问题的代码，以及如何使用 std::weak_ptr 来解决它。
示例 1：循环引用导致内存泄漏
#include <iostream>
#include <memory>
class B; // 前向声明
class A {
public:
std::shared_ptr<B> b_ptr;
~A() { std::cout << "A destroyed" << std::endl; }
};
class B {
public:
std::shared_ptr<A> a_ptr;
~B() { std::cout << "B destroyed" << std::endl; }
};
int main() {
{
std::shared_ptr<A> a = std::make_shared<A>();
std::shared_ptr<B> b = std::make_shared<B>();
a->b_ptr = b;
b->a_ptr = a;
} // a 和 b 都不会被销毁，因为它们的引用计数都为 1
std::cout << "End of main" << std::endl;
return 0;
}
运行这段代码，你会发现 "A destroyed" 和 "B destroyed" 都没有被打印，说明内存没有被释放。
示例 2：使用 std::weak_ptr 打破循环引用
#include <iostream>
#include <memory>
class B; // 前向声明
class A {
public:
std::shared_ptr<B> b_ptr;
~A() { std::cout << "A destroyed" << std::endl; }
};
class B {
public:
std::weak_ptr<A> a_ptr; // 使用 weak_ptr
~B() { std::cout << "B destroyed" << std::endl; }
};
int main() {
{
std::shared_ptr<A> a = std::make_shared<A>();
std::shared_ptr<B> b = std::make_shared<B>();
a->b_ptr = b;
b->a_ptr = a;
} // a 和 b 都会被销毁
std::cout << "End of main" << std::endl;
return 0;
}
运行这段代码，你会看到 "A destroyed" 和 "B destroyed" 被打印，说明内存被正确释放。
总结
在循环引用的情况下，std::shared_ptr 的引用计数不会自动减为零，导致内存泄漏。通过使用 std::weak_ptr，我们可以打破循环引用，从而允许 std::shared_ptr 的引用计数正确归零，避免内存泄漏问题。
