为什么shared_ptr需要保持weak_ptr的引用计数？

Question

引自C++ Primer $ 12.1.6:

A weak_ptr(表12.5)是一个智能指针,它不控制它指向的对象的生命周期.相反,weak_ptr指向由a管理的对象shared_ptr.将weak_ptr绑定到shared_ptr 不会更改其引用计数shared_ptr.一旦shared_ptr指向对象的最后一个消失,对象本身将被删除.即使有weak_ptrs指向它的名称weak_ptr,该对象也将被删除 -因为该名称捕获了一个weak_ptr"虚弱地"共享其对象的想法.

但是,我读过一篇文章说:

使用make_shared更有效率.shared_ptr实现必须将管理信息保存在由引用给定对象的所有shared_ptrs和weak_ptrs共享的控制块中.特别是,该管家信息不仅包括一个而且包括两个参考计数:

1. "强引用"计数用于跟踪当前使对象保持活动状态的shared_ptrs的数量.当最后一个强引用消失时,共享对象被销毁(并可能被解除分配).

2. "弱引用"计数用于跟踪当前正在观察对象的weak_ptrs的数量.当最后一个弱引用消失时,共享内务控制块被销毁并解除分配(如果共享对象尚未释放,则将其解除分配).

据我所知,shared_ptr创建的make_shared是与那些引用计数在同一个控制块中weak_ptr.所以在最后一个到期之前对象不会被释放.

题:

1. Primer错了吗？因为weak_ptr实际上会影响该对象的生命周期.
2. 为什么shared_ptr需要跟踪它的弱引用？weak_ptr可以通过检查控制块中的强引用来判断对象是否存在,所以我认为控制块不需要跟踪弱引用.

3. 只是出于好奇,控件块的shared_ptr外观是什么样的？它是这样的:

   template<typename T>
   class control_block
   {
      T object;
      size_t strong_refs;
      size_t weak_refs;
      void incre();
      void decre();
      //other member functions...
   };
   //And in shared_ptr:
   template<typename T>
   class shared_ptr
   {
      control_block<T> block;//Is it like this?So that the object and refs are in the same block?
      //member functions...
   };
   

Answer 1

引用计数控制指向对象的生命周期.弱计数不会,但会控制(或参与控制)控制块的生命周期.

如果引用计数到达0,则对象将被销毁,但不一定要取消分配.当弱计数到达时0(或者当引用计数到达时0,如果weak_ptr发生这种情况时没有s),则控制块被销毁并解除分配,并且如果对象的存储尚未被释放,则释放该对象的存储.

销毁和取消分配指向对象之间的分离是一个您不需要关心的实现细节,但它是由使用引起的make_shared.

如果你这样做

shared_ptr<int> myPtr(new int{10});

你为它分配存储int,然后将其传递给shared_ptr构造函数,构造函数分别为控制块分配存储空间.在这种情况下,int可以尽早解除分配的存储:一旦引用计数命中0,即使仍有弱计数.

如果你这样做

auto myPtr = make_shared<int>(10);

然后make_shared可以执行优化,其中int一次性为控制块分配存储.这意味着int在控制块的存储也可以被解除分配之前,不能释放存储器.int当引用计数命中时0,结束的生命周期,但是在弱计数命中之前,它的存储不会被释放0.

现在清楚了吗？

Answer 2

weak_ptr需要指向可以判断对象是否存在的东西,因此它知道它是否可以转换为shared_ptr.因此,需要一个小物体来保存这些信息.

当删除最后一周week_ptr(或shared_ptr)时,需要销毁此内务控制块.因此,它必须保持shared_ptr和week_ptr的计数.

请注意,内务控制块与ptr指向的对象不同,因此week_ptr不会影响对象的生命周期.

根据您希望它具有的行为,有许多不同的方法来实现智能指针.如果你想了解更多,我会推荐Alexandrescu的"Modern C++ Design"(https://www.amazon.com/Modern-Design-Generic-Programming-Patterns/dp/0201704315)