weak_ptr源码分析

之前分析了shared_ptr的框架,这次来说一下shared_ptr的兄弟weak_ptr,它们常常是一起出现的。

weak_ptr顾名思义就是弱指针,它不会增加对象的引用计数,欸有重载operator*和operator->,使用时,应当通过weak_ptr的lock函数构造一个shared_ptr。

作用:防止循环引用(以后博客分析)。应用:在enable_shared_from_this类中,它有一个weak_ptr weak_this_成员。当对象构造完成后,在类成员函数内部可以调用shared_from_this获得该对象自身类型的shared_ptr。千万不要在构造函数里调用share_from_this,因为this还没有完全构造出来,此时无法根据this构造一个正确的weak_ptr。

weak_ptr源码

template<class T> class weak_ptr
{
private:

    // Borland 5.5.1 specific workarounds
    typedef weak_ptr<T> this_type;

public:

    typedef typename boost::detail::sp_element< T >::type element_type;

    //pn是weak_count,而不是shared_count,所以weak_ptr不会引起指针引用计数增加。
    weak_ptr() BOOST_NOEXCEPT : px(0), pn() // never throws in 1.30+
    {
    }

//  generated copy constructor, assignment, destructor are fine...

//如果    定义"BOOST没有右值引用"   为假
#if !defined( BOOST_NO_CXX11_RVALUE_REFERENCES )

// ... except in C++0x, move disables the implicit copy
    //支持copy assignment
    weak_ptr( weak_ptr const & r ) BOOST_NOEXCEPT : px( r.px ), pn( r.pn )
    {
    }

    weak_ptr & operator=( weak_ptr const & r ) BOOST_NOEXCEPT
    {
        px = r.px;
        pn = r.pn;
        return *this;
    }

#endif

//
//  The "obvious(明显的)" converting constructor implementation:
//
//  template<class Y>
//  weak_ptr(weak_ptr<Y> const & r): px(r.px), pn(r.pn) // never throws
//  {
//  }
//
//  has a serious problem.
//
//  r.px may already have been invalidated(使无效). The px(r.px)
//  conversion may require(需要) access to *r.px (virtual inheritance).
//
//  It is not possible to avoid spurious(假的,伪造的) access violations since
//  in multithreaded programs r.px may be invalidated at any point.
//

    template<class Y>
#if !defined( BOOST_SP_NO_SP_CONVERTIBLE )

    weak_ptr( weak_ptr<Y> const & r, typename boost::detail::sp_enable_if_convertible<Y,T>::type = boost::detail::sp_empty() )

#else

    weak_ptr( weak_ptr<Y> const & r )

#endif
    BOOST_NOEXCEPT : px(r.lock().get()), pn(r.pn)
    {
        boost::detail::sp_assert_convertible< Y, T >();
    }

    template<class Y>
    weak_ptr( weak_ptr<Y> && r ) BOOST_NOEXCEPT : px( r.lock().get() ), pn( static_cast< boost::detail::weak_count && >( r.pn ) )  //强转为右值
    {
        boost::detail::sp_assert_convertible< Y, T >();
        r.px = 0;
    }

    // for better efficiency in the T == Y case
    weak_ptr( weak_ptr && r )
    BOOST_NOEXCEPT : px( r.px ), pn( static_cast< boost::detail::weak_count && >( r.pn ) )
    {
        r.px = 0;
    }

    // for better efficiency in the T == Y case
    weak_ptr & operator=( weak_ptr && r ) BOOST_NOEXCEPT
    {
        this_type( static_cast< weak_ptr && >( r ) ).swap( *this );
        return *this;
    }

    template<class Y>
    weak_ptr( shared_ptr<Y> const & r )
    BOOST_NOEXCEPT : px( r.px ), pn( r.pn ) //重点weak_ptr的pn=shared_ptr的pn,也就是说weak_count=shared_count
    {
        boost::detail::sp_assert_convertible< Y, T >();
    }

#if !defined(BOOST_MSVC) || (BOOST_MSVC >= 1300)

    template<class Y>
    weak_ptr & operator=( weak_ptr<Y> const & r ) BOOST_NOEXCEPT
    {
        boost::detail::sp_assert_convertible< Y, T >();

        px = r.lock().get();
        pn = r.pn;

        return *this;
    }

#if !defined( BOOST_NO_CXX11_RVALUE_REFERENCES )

    template<class Y>
    weak_ptr & operator=( weak_ptr<Y> && r ) BOOST_NOEXCEPT
    {
        this_type( static_cast< weak_ptr<Y> && >( r ) ).swap( *this );
        return *this;
    }

#endif

    template<class Y>
    weak_ptr & operator=( shared_ptr<Y> const & r ) BOOST_NOEXCEPT
    {
        boost::detail::sp_assert_convertible< Y, T >();

        px = r.px;
        pn = r.pn;

        return *this;
    }

#endif

    //将weak_ptr提升为shared_ptr,如果已经过期,则返回一个空shared_ptr
    shared_ptr<T> lock() const BOOST_NOEXCEPT   
    {
        return shared_ptr<T>( *this, boost::detail::sp_nothrow_tag() );   //调用shared_ptr(const weak_ptr<T>& r, sp_nothrow_tag());
    }

    //返回shared_ptr的引用计数,pn是weak_count类型,但是它实际上转调它持有的sp_counted_base指针(和shared_ptr持有同一个)的use_count()函数,所以可以返回所有shared_ptr引用计数的相关信息,下同。
    long use_count() const BOOST_NOEXCEPT
    {
        return pn.use_count();
    }

    //判断shared_ptr是否过期,也就是引用计数是否为0,如果为0,说明shared_ptr已经过期死了,返回true
    bool expired() const BOOST_NOEXCEPT
    {
        return pn.use_count() == 0;
    }

    bool _empty() const // extension, not in std::weak_ptr
    {
        return pn.empty();
    }

    void reset() BOOST_NOEXCEPT // never throws in 1.30+
    {
        this_type().swap(*this);
    }

    void swap(this_type & other) BOOST_NOEXCEPT
    {
        std::swap(px, other.px);
        pn.swap(other.pn);
    }

    template<typename Y>
    void _internal_aliasing_assign(weak_ptr<Y> const & r, element_type * px2)
    {
        px = px2;
        pn = r.pn;
    }

    template<class Y> bool owner_before( weak_ptr<Y> const & rhs ) const BOOST_NOEXCEPT
    {
        return pn < rhs.pn;
    }

    template<class Y> bool owner_before( shared_ptr<Y> const & rhs ) const BOOST_NOEXCEPT
    {
        return pn < rhs.pn;
    }

下面是weak_count的源码:

class weak_count
{
private:

    sp_counted_base * pi_;

    friend class shared_count;

public:

    weak_count(): pi_(0) // nothrow
    {
    }

    weak_count(shared_count const & r): pi_(r.pi_) // nothrow
    {
        if(pi_ != 0) pi_->weak_add_ref();
    }

    weak_count(weak_count const & r): pi_(r.pi_) // nothrow
    {
        if(pi_ != 0) pi_->weak_add_ref();
    }

// Move support

#if !defined( BOOST_NO_CXX11_RVALUE_REFERENCES )
    weak_count(weak_count && r): pi_(r.pi_) // nothrow
    {
        r.pi_ = 0;
    }
#endif

    ~weak_count() // nothrow
    {
        if(pi_ != 0) pi_->weak_release();    //weak_count析构一次,就减少一次sp_count_base的计数!!!!!!
    }

    weak_count & operator= (shared_count const & r) // nothrow
    {
        sp_counted_base * tmp = r.pi_;

        if( tmp != pi_ )
        {
            if(tmp != 0) tmp->weak_add_ref();
            if(pi_ != 0) pi_->weak_release();
            pi_ = tmp;
        }

        return *this;
    }

    weak_count & operator= (weak_count const & r) // nothrow
    {
        sp_counted_base * tmp = r.pi_;

        if( tmp != pi_ )
        {
            if(tmp != 0) tmp->weak_add_ref();
            if(pi_ != 0) pi_->weak_release();
            pi_ = tmp;
        }

        return *this;
    }

    void swap(weak_count & r) // nothrow
    {
        sp_counted_base * tmp = r.pi_;
        r.pi_ = pi_;
        pi_ = tmp;
    }

    long use_count() const // nothrow
    {
        return pi_ != 0? pi_->use_count(): 0;
    }

    bool empty() const // nothrow
    {
        return pi_ == 0;
    }

    friend inline bool operator==(weak_count const & a, weak_count const & b)
    {
        return a.pi_ == b.pi_;
    }

    friend inline bool operator<(weak_count const & a, weak_count const & b)
    {
        return std::less<sp_counted_base *>()(a.pi_, b.pi_);
    }
};

//在这里初始化shared_count中的那两个函数,即利用wakt_count的sp_count_base初始化share_count的sp_count_base,它们是共享的
//这是在调用weak_ptr的lock函数用weak_ptr构造shared_ptr,然后调用本函数的
inline shared_count::shared_count( weak_count const & r ): pi_( r.pi_ )
{
    if( pi_ == 0 || !pi_->add_ref_lock() )
    {
        boost::throw_exception( boost::bad_weak_ptr() );
    }
}

inline shared_count::shared_count( weak_count const & r, sp_nothrow_tag ): pi_( r.pi_ )
{
    if( pi_ != 0 && !pi_->add_ref_lock() )
    {
        pi_ = 0;
    }
}

值得注意的是,weak_ptr自身也是引用计数型智能指针,也有引用计数。weak_ptr也支持拷贝分配之类的函数。

上面代码最后的这两个函数是shared_count类的构造函数之一,这是使用weak_ptr的lock函数底层要调用的之一。lock函数是使用weak_ptr构造shared_ptr,这回调用shared_ptr的weak_ptr构造方法,然后shared_ptr的成员shread_count自然也要调用以weak_ptr为参数的构造方法。并且由于lock提升这个操作有多线程并发的可能,所以这里调用的不是sp_counted_base函数的add_ref_copy(该函数是原子的,但功能简单,不能说明提升成功或失败),而是add_ref_lock函数,gcc版本是这样实现的:

inline int atomic_conditional_increment( int * pw )
{
    spinlock_pool<1>::scoped_lock lock( pw );

    int rv = *pw;
    if( rv != 0 ) ++*pw;
    return rv;
}

首先对pw的内存进行上锁,然后再进行相应操作。如果*pw不为0,则weak_ptr提升成功,增加引用计数。如果为0,说明shared_ptr对象已死,不能提升,不增加引用计数,返回0。在shared_count构造函数中(就是上面那个),取消pi_的赋值(不打算指向weak_ptr的sp_counted_base),将它重新赋为空。

如此一来,便可实现weak_ptr提升称为shared_ptr的线程安全了。

<think>好的,我现在需要解决用户在C++编译时遇到的未解析外部符号错误,具体是关于PyTorch C++ API中的`c10::ivalue::Future::extractStorages`。用户已经提供了一些相关的引用链接,涉及静态成员变量和链接器问题。我得先理解这个错误的原因,然后结合PyTorch的实际情况给出解决方案。 首先,未解析的外部符号错误通常是因为链接器找不到某个函数或变量的定义。常见的原因包括声明了但没有定义,或者库未正确链接。根据用户提供的引用[1]和[2],静态成员变量如果没有在类外定义,就会导致这个错误。所以需要检查是否在类外定义了静态成员。 但用户的问题涉及到PyTorch的API,可能不是用户自己的静态成员变量问题,而是PyTorch库的链接问题。比如,是否在项目中正确链接了PyTorch的库文件(.lib或.a)。引用[3]提到链接器找不到所需的东西,这可能包括库文件缺失或路径不对。 另外,用户提到的函数`c10::ivalue::Future::extractStorages`可能属于PyTorch的内部实现,用户是否正确使用了API?或者是否调用了私有函数?需要确认该函数是否是公开的API,或者是否存在版本差异导致函数名变更。 可能还需要检查编译器的设置,比如是否启用了C++17或更高标准,因为PyTorch可能依赖某些新特性。此外,确保所有必要的依赖库都已正确添加到项目中,包括Torch、C10等。 还有,用户是否在代码中正确包含了相关的头文件?比如`#include <torch/csrc/autograd/functions/basic_ops.h>`或者相关的未来支持头文件。如果头文件缺失,也可能导致函数声明未被找到,进而链接错误。 如果用户使用的是Visual Studio,可能需要检查项目属性中的附加库目录和附加依赖项是否正确配置。引用[5]提到修改链接器设置,可能涉及到使用不同的链接器选项,比如在Qt项目中调整设置。不过PyTorch一般使用CMake管理,需要确保CMake配置正确。 最后,考虑PyTorch版本问题。不同版本的API可能有变化,`extractStorages`是否存在或被重命名?查阅对应版本的文档或源码确认函数的存在性和使用方式。 总结可能的解决步骤:检查函数定义是否存在,确认库链接正确,包含正确的头文件,检查编译器设置和版本兼容性。</think>针对C++编译错误`unresolved external symbol`问题,结合PyTorch C++ API中`c10::ivalue::Future::extractStorages`的报错,以下是分步解决方案: ### 1. **检查符号定义是否存在** - **问题分析**:该错误通常表示函数声明存在但未找到实现。对于PyTorch内部类`c10::ivalue::Future`,需确认`extractStorages`是否为公开API。 - **解决方法**: - 查阅PyTorch官方文档或源码,确认`extractStorages`是否为合法接口。例如,在PyTorch源码中搜索该函数名,检查其是否被`TORCH_API`修饰[^3]。 - 若该函数为私有或已弃用,需改用其他公开接口(如`Future::value()`或`Future::then()`)。 ### 2. **确保正确链接PyTorch库** - **问题分析**:未正确链接PyTorch的库文件会导致外部符号无法解析。 - **解决方法**: - **CMake配置**:在`CMakeLists.txt`中添加PyTorch的库路径和依赖: ```cmake find_package(Torch REQUIRED) target_link_libraries(YourProject PRIVATE Torch::Torch) ``` - **手动链接**:若使用IDE(如Visual Studio),在项目属性中: - 添加库目录:`附加库目录`指向PyTorch的`lib`文件夹。 - 添加库文件:`附加依赖项`中填入`c10.lib`、`torch.lib`等[^3]。 ### 3. **验证头文件包含** - **问题分析**:未包含相关头文件会导致编译器无法识别符号声明。 - **解决方法**: - 在代码中添加必要的头文件,例如: ```cpp #include <torch/csrc/autograd/future.h> // Future类的头文件 ``` ### 4. **检查编译器与PyTorch版本兼容性** - **问题分析**:PyTorch C++ API对编译器版本和C++标准有要求。 - **解决方法**: - 确保使用**C++17或更高标准**(在CMake中设置`set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)`)。 - 确认PyTorch版本与代码兼容。例如,若使用PyTorch 1.9+,`extractStorages`可能已被重构,需参考对应版本的文档。 ### 5. **处理静态成员变量定义(若涉及)** - **问题分析**:若错误涉及用户自定义类的静态成员,需在类外定义(如引用[1][^1]和[2][^2]所述)。 - **解决方法**: ```cpp // 类内声明 class MyClass { public: static int myStaticVar; // 声明 }; // 类外定义 int MyClass::myStaticVar = 0; // 定义 ``` ### 示例代码修正 ```cpp #include <torch/csrc/autograd/future.h> void processFuture(c10::intrusive_ptr<c10::ivalue::Future> future) { // 正确使用公开API,例如获取Future的结果 auto value = future->value(); // 避免调用未公开的extractStorages } ```
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