为什么“weak.lock()”返回“nullptr”，定义为“auto weak=std::make_shared<int>(42);”？

Question

为什么在这段代码片段中weak.lock()返回nullptr：

   std::weak_ptr<int> weakPtr1 = std::make_shared<int>(6);
   std::cout << weakPtr1.lock() << std::endl;

而它在以下情况下工作：

   std::shared_ptr<int> sharedPtr = std::make_shared<int>(99);
   std::weak_ptr<int> weakPtr2 = sharedPtr;
   std::cout << weakPtr2.lock() << std::endl;

检查 cpp.sh/9gkys。

我曾经想过，想过，但我现在仍然很困惑。我将不胜感激能在这个问题上得到一些帮助。

Answer 1

智能指针为了正常工作，维护一个所谓的控制块，用作元数据存储，特别是使用计数器。也就是说，每个资源在存储器中都有一个关联的控制块（例如由两个整数组成），智能指针可以引用该控制块来了解有多少资源仍在使用/观察该资源。显然，每个现有的std::shared_ptr都会增加存储在控制块中的使用计数器，以便其析构函数知道是否是时候在销毁时释放资源了。std::weak_ptr反过来，仅跟踪对象及其控制块。请注意，这里有一个重要的细节：std::weak_ptr不会增加使用计数器。这是可取的，因为它的主要目的是打破一对相互观察的对象之间可能存在的循环。也就是说，如果两个对象将std::shared_ptrs 存储到另一个对象，那么这样的一对对象也会无限地彼此保持活动状态。

如何知道std::weak_ptr资源是否可以lock()编辑？仅当使用计数器大于零时，此操作才能成功。它从控制块知道这一点（只要还有非零弱指针观察它，它本身就在内存中保持活动状态）。

在第一个示例中：

std::weak_ptr<int> weakPtr1 = std::make_shared<int>(6);

资源（int=6）及其控制块都被分配。使用计数器变为1，并且只要还std::shared_ptr活着，就保持这种状态。然后，astd::weak_ptr被初始化，获得指向控制块的指针。在这里，它不会增加使用计数器。然而，它会增加弱指针的计数器。此时，两个计数器都为1。然后，在分号处;，临时变量std::shared_ptr被销毁。它将使用计数器减少到0。这意味着不再有共享指针共享资源的所有权，从而允许释放该资源。但是，仍然有1弱指针观察控制块，这意味着控制块本身将保留在内存中，因此知道weakPtr1它将不再能够访问lock()该资源（因为该资源不再存在）。

在第二个例子中：

std::shared_ptr<int> sharedPtr = std::make_shared<int>(99);
std::weak_ptr<int> weakPtr2 = sharedPtr;

资源int=99及其控制块都保持活动状态。因此，weakPtr2只要sharedPtr（或其任何副本）不被破坏，就可以被锁定。