对enable_shared_from_this、weak_ptr、shared_ptr的理解

本文探讨了weak_ptr如何通过与shared_ptr共享成员指针来避免悬空指针的问题,并解释了其内部实现机制。

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关于这两个smart_ptr,网上search一把都能够找到一大堆使用介绍,

但欠缺的是对源码的分析,

的确,boost的代码不好看懂,scoped_ptr还好,比较简单,依赖也少,

但如果看shared_ptr和weak_ptr就麻烦了,里面的东西本来就多,还依赖的很(weak_ptr本来就依赖shared_ptr)。

重要的是,我对weak_ptr非常感兴趣,

《超越C++标准库:Boost库导引》对他的应用总结如下:

 

对于以下情形使用 weak_ptr

  • 要打破递归的依赖关系

  • 使用一个共享的资源而不需要共享所有权

  • 避免悬空的指针

前两点还好理解,但最后一点,weak_ptr是如何做到避免悬空指针(野指针)的?

 

既然网上没有介绍,只好看代码了,毕竟代码骗不了人。

但boost的代码那个难看明白啊,泛型编程的东西确实够磨人的,

反正我是问个究竟,所以能跳过的就跳过,只找重心,看了一晚后大概看明白了。

 

下面简单说说:

1 weak_ptr和shared_ptr是相关的,因为weak_ptr共享了shared_ptr的共享成员指针。

2 这个共享的成员指针,包括了两个整数,一个是use_count_,一个是weak_count_,区别对待。

3 既然一份指针带着两个整数,那任一个整数归零了,指针当然还能够判断出来的(weak_ptr能操作这个共享成员指针,而判断shared_ptr是否引用归零了,判断use_cout_就足够了,这不是难事。)。

 

 

相关的代码后面再补充说明吧,但还是建议看代码更好。

<think>我们正在讨论C++中的`std::enable_shared_from_this`模板类。根据用户的要求,我们需要介绍其作用、原理和使用方法。同时,我们需要遵循系统级指令,包括使用正确的LaTeX格式、中文回答、生成相关问题,并在引用末尾添加引用标识。 根据提供的引用内容: -引用[1]提到:使用`enable_shared_from_this`必须建立在对象本身被`shared_ptr`管理的前提下,否则会抛出`std::bad_weak_ptr`异常(从C++17开始)。其实现原理与`weak_ptr`密切相关。-引用[2]提到:`enable_shared_from_this`允许对象通过`shared_from_this()`成员函数获得指向自身的`shared_ptr`,用于解决多线程中的悬空指针问题。-引用[3]提到:`enable_shared_from_this`的主要设计目的是解决在类的成员函数中安全地创建`std::shared_ptr`实例的问题,避免两个常见问题(具体问题将在回答中说明)。 因此,我们的回答将围绕这些点展开。 ###回答结构:1.**作用**:解释为什么需要`enable_shared_from_this`,它解决了什么问题。2.**原理**:简要说明其内部实现机制(涉及`weak_ptr`)。 3. **使用方法**:展示如何正确使用这个模板类,并强调注意事项(特别是对象必须由`shared_ptr`管理)。4.**注意事项**:包括异常情况和错误用法。同时,我们将按照要求生成相关问题。###注意事项: -使用`$...$`表示行内数学表达式,但在这个主题中可能数学表达式较少,主要涉及代码和概念。 -独立公式使用`$$...$$`,但同样可能较少。-使用中文回答。 下面开始正式回答。</think>### C++ `enable_shared_from_this` 原理与使用详解 #### **作用与核心问题** `std::enable_shared_from_this` 是 C++ 标准库提供的模板类,用于解决**在对象内部安全获取指向自身的 `shared_ptr`** 的问题。主要避免以下两种错误场景: 1. **多个独立 `shared_ptr` 管理同一对象** 若在类成员函数中直接通过 `this` 创建新 `shared_ptr`(如 `shared_ptr<T>(this)`),会导致多个独立控制块存在,引发重复析构(双释放): ```cpp class Widget { public: void error() { auto sp = std::shared_ptr<Widget>(this); // 危险!独立控制块 } }; ``` 2. **返回裸指针导致悬空引用** 若返回 `this` 裸指针,外部可能将其转换为 `shared_ptr`,同样引发控制块冲突[^3]。 #### **实现原理** `enable_shared_from_this` 的核心依赖 `weak_ptr` 实现: 1. **内部维护 `weak_ptr`** 类继承 `enable_shared_from_this` 后,内部会隐式包含一个 `std::weak_ptr` 成员(通常命名为 `weak_this`)。 2. **构造时初始化 `weak_ptr`** 当对象被 `shared_ptr` 管理时,`shared_ptr` 构造函数会检测基类是否为 `enable_shared_from_this`。若是,则用当前 `shared_ptr` 初始化内部的 `weak_this`。 $$ \text{shared\_ptr<T>::shared\_ptr(T* ptr)} \rightarrow \text{若 T 继承 enable\_shared\_from\_this,则 weak\_this = *this} $$ 3. **`shared_from_this()` 工作流程** ```cpp shared_ptr<T> shared_from_this() { return weak_this.lock(); // 转为 shared_ptr(引用计数增加) } ``` 此操作要求 `weak_this` 已初始化,否则抛出 `std::bad_weak_ptr`[^1]。 #### **正确使用方法** 1. **继承模板类** ```cpp class MyClass : public std::enable_shared_from_this<MyClass> { public: std::shared_ptr<MyClass> get_ptr() { return shared_from_this(); // 安全获取 } }; ``` 2. **对象必须由 `shared_ptr` 管理** ```cpp // 正确用法 auto obj = std::make_shared<MyClass>(); auto sp = obj->get_ptr(); // 引用计数变为 2 // 错误用法:未通过 shared_ptr 构造 MyClass raw_obj; raw_obj.get_ptr(); // 抛出 std::bad_weak_ptr ``` 3. **禁止在构造函数中调用** 构造函数执行时 `weak_this` 尚未初始化,调用 `shared_from_this()` 会导致未定义行为。 #### **典型应用场景** 1. **异步回调** 在多线程中传递自身智能指针,确保对象生命周期覆盖回调执行: ```cpp class Session : public enable_shared_from_this<Session> { void async_send() { auto self = shared_from_this(); io_service.post([self] { self->handle_send(); }); // 避免回调时对象被销毁 } }; ``` 2. **链式调用** ```cpp class Parser : public enable_shared_from_this<Parser> { shared_ptr<Parser> set_option(Option opt) { options_ = opt; return shared_from_this(); // 返回自身指针用于链式调用 } }; ``` #### **注意事项** - **前置条件**:对象必须已被 `shared_ptr` 管理,否则 `shared_from_this()` 抛异常(C++17 起)[^1]。 - **性能开销**:内部 `weak_ptr` 带来少量内存和原子操作开销。 - **替代方案**:C++23 引入 `std::make_shared_from_this` 简化构造。 > 关键总结:`enable_shared_from_this` 通过 `weak_ptr` 桥接 `shared_ptr` 的控制块,实现安全共享自身所有权,是异步编程和资源管理的核心工具[^2][^3]。
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