__weak及弱引用简记

本文介绍了弱引用的概念及其在引用计数垃圾回收机制中的作用,详细解析了Objective-C中弱引用的具体实现方法,包括其内部结构和生命周期管理。

用__weak修饰声明的引用,即得到对象的弱引用


相关资料:

官方资料

weak的生命周期:具体实现方法

弱引用能做什么:

引用计数的回收机制下,弱引用(weak reference)不会增加引用计数,如此一来就不会影响对象被回收的时机(当对象回收时,弱引用会置为空指针)。

实现弱引用的机制有哪些要素:

弱引用的标记与清理

oc的实现:

oc以额外存储弱引用的方式来标记弱引用,当生成一个弱引用时,oc会将弱引用存储在和引用的对象关联的弱引用存储区,在对象销毁时清空该存储区内容

代码上:

对象关联的引用存储sidetable(去掉了部分代码)

struct SideTable {
    spinlock_t slock;
    RefcountMap refcnts;
    weak_table_t weak_table;
};


weak_table_t用于存储所有弱引用(去掉了部分代码)
struct weak_table_t {
    weak_entry_t *weak_entries;
    size_t    num_entries;
    uintptr_t mask;
    uintptr_t max_hash_displacement;
};

weak_entry_t 是weak_table_t真正用于存储弱引用的地方,以散列表的形式存储(存储细节可参考 weak 弱引用的实现方式

struct weak_entry_t {
    DisguisedPtr<objc_object> referent;
    union {
        struct {
            weak_referrer_t *referrers;
            uintptr_t        out_of_line_ness : 2;
            uintptr_t        num_refs : PTR_MINUS_2;
            uintptr_t        mask;
            uintptr_t        max_hash_displacement;
        };
        struct {
            // out_of_line_ness field is low bits of inline_referrers[1]
            weak_referrer_t  inline_referrers[WEAK_INLINE_COUNT];
        };
    };
};


### C++ `weak_ptr` 弱引用计数控制块的实现原理 #### 背景介绍 在C++标准库中,`std::shared_ptr` 和 `std::weak_ptr` 是两种常用的智能指针类型。其中,`shared_ptr` 使用引用计数来管理动态分配的对象生命周期,而 `weak_ptr` 则提供了一种不会影响对象生存期的方式观察由 `shared_ptr` 管理的对象。 `weak_ptr` 不直接拥有对象的所有权,因此它不会增加对象的强引用计数(strong reference count)。相反,`weak_ptr` 维护了一个弱引用计数(weak reference count),用于跟踪有多少个 `weak_ptr` 正在观察该对象[^3]。 --- #### 控制块的作用与结构 `shared_ptr` 和 `weak_ptr` 都依赖于一个共同的数据结构——**控制块(control block)**。控制块是一个内部数据结构,通常包含以下几个部分: 1. **强引用计数(Strong Reference Count)**: 记录当前有多少个 `shared_ptr` 拥有对该对象的所有权。 2. **弱引用计数(Weak Reference Count)**: 记录当前有多少个 `weak_ptr` 或其他关联实体正在观察该对象。 3. **指向托管对象的指针**: 存储实际被管理的对象地址。 当创建一个新的 `shared_ptr` 时,控制块会被初始化并设置初始的强引用计数为 1;每新增一个 `shared_ptr` 复制品,则强引用计数加 1。同样地,每当创建或拷贝一个 `weak_ptr` 时,弱引用计数也会相应增加[^1]。 --- #### `weak_ptr` 的工作流程 以下是 `weak_ptr` 在其生命周期内的主要操作及其对控制块的影响: 1. **构造阶段** 当通过现有的 `shared_ptr` 创建一个 `weak_ptr` 时,新的 `weak_ptr` 将共享同一个控制块,并使弱引用计数加 1。这表明又有一个外部实体开始关注此对象的状态。 2. **析构阶段** 当某个 `weak_ptr` 被销毁时,对应的弱引用计数减 1。如果此时弱引用计数变为 0 并且强引用计数也为 0,则可以安全释放整个控制块以及底层资源。 3. **锁定机制 (`lock()` 方法)** 如果调用了 `weak_ptr::lock()` 方法尝试获取一个有效的 `shared_ptr`,则只有在其所监控的目标仍然存活的情况下才能成功返回一个新构建的 `shared_ptr` 对象。否则将得到一个空的 `shared_ptr` 实例。在此过程中,若目标确实存在,则临时提升弱引用至强引用状态直到锁住结束为止[^2]。 --- #### 关键代码示例 下面展示如何利用 `weak_ptr` 来避免循环引用问题的一个简单例子: ```cpp #include <iostream> #include <memory> class Node { public: std::shared_ptr<Node> next; }; int main() { auto node1 = std::make_shared<Node>(); auto node2 = std::make_shared<Node>(); // 导致潜在循环引用的情况 node1->next = node2; node2->next = node1; // 解决方案:使用 weak_ptr 替代其中一个 shared_ptr node2->next.reset(); // 清除之前的链接 node2->next = std::weak_ptr<Node>(node1); std::cout << (node1.use_count() == 1 ? "No cycle!" : "Cycle detected!") << std::endl; return 0; } ``` 上述程序展示了如何借助 `weak_ptr` 打破可能形成的内存泄漏风险链路。 --- #### 总结 综上所述,`weak_ptr` 的核心功能在于维护一种松散的关系形式,既能够感知到某特定实例的存在与否,同时又不影响后者的真实生命期限定条件。这种特性使得它可以有效应对诸如图形节点间相互连接之类的复杂场景下的资源泄露隐患。
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