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C++智能指针循环引用实际案例与解决方案

P粉602998670

发布： 2025-08-29 10:53:01

原创

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使用 weak_ptr 可解决 shared_ptr 循环引用问题。在树形结构中，子节点通过 weak_ptr 指向父节点，避免引用计数无法归零，确保对象正确析构，从而防止内存泄漏。

c++智能指针循环引用实际案例与解决方案

智能指针是 C++ 中管理动态内存的重要工具，std::shared_ptr 通过引用计数自动释放资源，但在某些场景下容易引发循环引用问题，导致内存无法释放。下面通过一个实际案例说明问题，并给出有效解决方案。

实际案例：父子节点间的循环引用

考虑一个树形结构，每个父节点通过 shared_ptr 管理子节点，同时子节点需要访问父节点（例如向上遍历或通知）。常见的做法是子节点也持有一个指向父节点的 shared_ptr。

示例代码：

#include <memory>
#include <iostream>

struct Node;
using NodePtr = std::shared_ptr<Node>;

struct Node {
    int value;
    NodePtr parent;
    NodePtr child;

    Node(int v) : value(v) {
        std::cout << "Node " << value << " created.\n";
    }

    ~Node() {
        std::cout << "Node " << value << " destroyed.\n";
    }
};

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构建父子关系：

int main() {
    auto parent = std::make_shared<Node>(1);
    auto child  = std::make_shared<Node>(2);

    parent->child = child;
    child->parent = parent;  // 循环引用形成

    return 0;
}

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运行结果：程序结束时，两个节点的析构函数都未被调用。因为 parent 持有 child 的引用（计数为2），child 又持有 parent 的引用（计数也为2），当作用域结束时，引用计数仅减为1，无法归零，导致内存泄漏。

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解决方案：使用 weak_ptr 打破循环

关键是将双向引用中的一方改为 std::weak_ptr。它不增加引用计数，只观察对象是否存在，适合用于“从属”关系。

修改子节点中的父节点引用：

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struct Node {
    int value;
    NodePtr child;
    std::weak_ptr<Node> parent;  // 改为 weak_ptr

    Node(int v) : value(v) {
        std::cout << "Node " << value << " created.\n";
    }

    ~Node() {
        std::cout << "Node " << value << " destroyed.\n";
    }
};

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访问父节点时需临时提升为 shared_ptr：

void printParentValue(const NodePtr& node) {
    auto parent = node->parent.lock();  // 提升为 shared_ptr
    if (parent) {
        std::cout << "Parent value: " << parent->value << "\n";
    } else {
        std::cout << "Parent no longer exists.\n";
    }
}

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此时再运行程序，main 函数结束时两个节点都能正确析构，内存被释放。