原来 C++ 这么简单：每日十题轻松学 (Day 10 智能指针与回调生命周期安全篇)

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Interview_TC/article/details/147110835

📘 本篇承接 Day 9 的回调系统设计，深入讲解 shared_ptr、weak_ptr 等智能指针如何保证 回调函数中对象生命周期的安全性。我们将通过多个真实案例讲解、源码演示与实战经验反思，解决回调失效、悬空引用、内存泄漏等关键问题，全面夯实现代 C++ 中资源管理与函数接口的底层基础。

🔁 Day 9 回顾：std::function 与回调系统设计

技术点	回顾要点
std::function	封装任意可调用对象，统一接口
std::bind	绑定成员函数 + 参数，支持延迟调用
回调管理器	使用 map/vector 管理回调注册/取消/触发机制
存在风险	对象销毁后回调仍被触发 → 悬空指针/崩溃风险

📌 提示：回调函数若绑定裸指针，极易造成悬空访问，是实际项目中最常见、也最难调的 Bug 之一。

在这里插入图片描述

🎯 今日目标：使用智能指针提升回调的生命周期安全性

核心点	目标说明
shared_ptr	自动管理资源释放，防止内存泄漏
weak_ptr	避免循环引用，安全检测对象是否仍存在
回调绑定策略	正确认识强/弱引用差异，构建稳定接口体系
enable_shared_from_this	正确绑定成员函数 + 自引用，避免裸 this 问题

✅ 一、典型 Bug：对象已销毁，回调仍触发

struct Widget {
    void onEvent() {
        std::cout << "事件触发！\n";
    }
};

std::function<void()> cb;

{
    Widget w;
    cb = std::bind(&Widget::onEvent, &w); // ❌ 绑定裸指针
} // w 已销毁

cb(); // 崩溃：悬空指针调用

📌 经验：这类 bug 编译期无法捕捉，运行期极难定位，在 UI、网络回调、异步线程中尤为高发。

✅ 二、shared_ptr 延长对象生命周期

std::shared_ptr<Widget> ptr = std::make_shared<Widget>();
cb = std::bind(&Widget::onEvent, ptr); // ✅ 自动引用计数

cb(); // 安全：对象仍存在

📌 原理说明：

shared_ptr 会将内部引用计数 +1，直到最后一个 shared_ptr 析构才真正释放资源
可安全传递、复制，适合在多处注册、跨线程调用中使用

📌 ⚠️ 问题：如果回调系统长期保存 shared_ptr，可能导致 对象无法释放

✅ 三、weak_ptr 防止“强引用保活”

std::function<void()> cb;
{
    std::shared_ptr<Widget> ptr = std::make_shared<Widget>();
    std::weak_ptr<Widget> wp = ptr;

    cb = [wp]() {
        if (auto sp = wp.lock()) {
            sp->onEvent();
        } else {
            std::cout << "对象已释放，跳过回调\n";
        }
    };
} // ptr 被销毁

cb(); // 输出：对象已释放，跳过回调

📌 技巧说明：

weak_ptr::lock() 返回 shared_ptr
如果对象还活着，lock 成功，调用安全；否则 lock 返回空指针，自动跳过

📌 用途：

防止 UI 控件被“意外持有”导致无法释放
解决组件之间“交叉引用”导致的 内存泄漏死锁 问题

✅ 四、实战：构建支持 weak_ptr 的安全回调系统

🔸 设计目标：

安全注册成员函数
自动跳过已释放对象
支持批量触发、动态解绑

class SafeEvent {
public:
    template<typename T>
    void registerWeak(std::weak_ptr<T> wp, void (T::*method)()) {
        callbacks.emplace_back([wp, method]() {
            if (auto sp = wp.lock()) {
                (sp.get()->*method)();
            }
        });
    }

    void triggerAll() {
        for (auto& fn : callbacks) {
            fn();
        }
    }

private:
    std::vector<std::function<void()>> callbacks;
};

使用示例：

struct Handler {
    void onCall() { std::cout << "📢 收到回调\n"; }
};

SafeEvent ev;
{
    auto h = std::make_shared<Handler>();
    ev.registerWeak(h, &Handler::onCall);
} // h 已销毁

ev.triggerAll(); // 输出：无（安全跳过）

📌 好处：安全、无泄漏、无悬空，适用于所有 UI/网络/调度类组件

✅ 五、深入理解 enable_shared_from_this

示例：自身注册自身方法（不建议使用裸 this）

struct Observer : public std::enable_shared_from_this<Observer> {
    void bindSelf(SafeEvent& ev) {
        ev.registerWeak(shared_from_this(), &Observer::onNotify);
    }

    void onNotify() {
        std::cout << "📬 收到事件通知\n";
    }
};

📌 注意事项：

类必须通过 make_shared<Observer>() 创建，不能裸构造，否则 shared_from_this() 崩溃

✅ 六、完整经验总结：如何选择引用策略？

场景	推荐策略	原因
回调中引用自己类成员	`weak_ptr` + lock	避免对象销毁后回调崩溃
被多个回调/对象持有	shared_ptr	自动管理生命周期
自注册方法中引用自身	enable_shared_from_this	避免使用裸 this
临时一次性闭包	可直接使用 Lambda + 捕获值	简洁高效，不涉及生命周期

✅ 七、实战反思：常见错误及排查建议

错误类型	常见表现	应对方法
使用裸指针绑定成员函数	触发崩溃 / 访问非法地址	改用 shared_ptr 或 weak_ptr
对象无法析构	回调系统持有 shared_ptr 导致循环引用	使用 weak_ptr 或解绑机制
shared_from_this 崩溃	在构造函数中调用 shared_from_this	延迟调用，确保对象由 shared_ptr 管理