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为什么需要弱引用 wp?

Android 中的智能指针是通过引用计数的方式方式来实现内存自动回收的。在大多数情况下我们使用强指针 sp 就好了,那么弱指针 wp 的存在意义有是什么呢?


从使用的角度来说,wp 扮演的是一个指针缓存的角色,想用时候可以用,但不想因此阻止资源被释放。其实,简单的裸指针也能很好地完成指针缓存的功能,其功能性并不是 wp 存在的必要条件。


wp 存在的核心原因是:解决循环引用导致的死锁问题


1. 循环引用导致的死锁问题


接下来,我们就通过一个简单的示例程序来演示循环引用导致的死锁问题


首先有两个类,其内部都有一个智能指针指向对方,形成循环引用:


Class A : public RefBase
{
public:
A()
{

}

virtual ~A()
{

}

void setB(sp& b)
{
mB = b;
}

private:
sp mB;
}

Class B : public RefBase
{
public:
B()
{

}

virtual ~B()
{

}

void setA(sp& a)
{
mA = a;
}

private:
sp
mA;
}

整体结构如下图所示:



接下来看 main 函数:


int main(int argc, char** argv)
{
//初始化两个指针
A *a = new A();
B *b = new B();

// 触发构造函数调用 spA 内部强弱计数值 (1,1)
sp
spA = a;
// 触发构造函数调用 spB 内部强弱计数值 (1,1)
sp spB = b;

//setB 内部有赋值操作 mB = b,触发等于操作符函数重载
//spB 内部强弱计数值 (2,2)
spA->setB(spB);

//setA 内部有赋值操作 mA = a,触发等于操作符函数重载
//spA 内部强弱计数值 (2,2)
spB->setA(spA);

return 0;
// spA 析构 内部强弱计数值 (1,1),内存无法回收
// spB 析构 内部强弱计数值 (1,1),内存无法回收
}

//等于操作符函数重载
template<typename T>
sp& sp::operator =(const sp& other) {
// Force m_ptr to be read twice, to heuristically check for data races.
T* oldPtr(*const_castvolatile*>(&m_ptr));
T* otherPtr(other.m_ptr);
// 强弱引用计数分别加 1
if (otherPtr) otherPtr->incStrong(this);
if (oldPtr) oldPtr->decStrong(this);
if (oldPtr != *const_castvolatile*>(&m_ptr)) sp_report_race();
m_ptr = otherPtr;
return *this;
}
*>*>

从这个示例可以看出,在循环引用的情况下,指针指针在作用域结束后,强弱引用计数值无法变回 (0,0),内存无法回收,导致内存泄漏;


2. 解决方案


只需要把其中一个智能指针改为弱引用即可解决上面的问题:


Class A : public RefBase
{
public:
A()
{

}

virtual ~A()
{

}

void setB(sp& b)
{
mB = b;
}

private:
sp mB;
}

Class B : public RefBase
{
public:
B()
{

}

virtual ~B()
{

}

//函数参数也要变一下
void setA(sp
& a)
{
//触发另外的等于操作符函数重载
mA = a;
}

private:
//这里改成 wp 弱引用
wp
mA;
}

主函数稍作修改:


int main(int argc, char** argv)
{
//初始化两个指针
A *a = new A();
B *b = new B();

// 触发构造函数调用 spA 内部强弱计数值 (1,1)
sp
spA = a;
// 触发构造函数调用 spB 内部强弱计数值 (1,1)
sp spB = b;

//setB 内部有赋值操作 mB = b,触发等于操作符函数重载
//spB 内部强弱计数值 (2,2)
spA->setB(spB);

//setA 内部有赋值操作 mA = a,触发等于操作符函数重载
//spA 内部强弱计数值 (1,2)
spB->setA(spA);

return 0;
// spB 析构 内部强弱计数值 (1,1),内存无法回收
// spA 析构 内部强弱计数值 (0,1),强引用为 0 ,回收 sp
spA 内部的目标对象 A,
// 随着 A 的析构, A 的成员变量 mB 也开始析构, 目标对象 B 强弱引用计数减 1,内部强弱计数值变为 (0,0),回收目标对象 B 以及内部管理对象,B 对象的内存回收工作完成,接着触发 B 对象的成员 mA 的析构函数
// mA 执行析构函数,弱引用计数减 1,内部强弱计数值变为 (0,0),回收 A 对象内部对应的管理对象,A 对象的内存回收工作完成
}

//等于操作符函数重载
template<typename T>
wp& wp::operator = (const sp& other)
{
weakref_type* newRefs =
other != nullptr ? other->createWeak(this) : nullptr; //增加弱引用计数
T* otherPtr(other.m_ptr);
if (m_ptr) m_refs->decWeak(this);
m_ptr = otherPtr;
m_refs = newRefs;
return *this;
}

当程序的一个引用修改为 wp 时,main 函数结束时:



spB 析构 内部强弱计数值 (1,1),内存无法回收
spA 析构 内部强弱计数值 (0,1),强引用为 0 ,回收 sp spA 内部的目标对象 A,
随着 A 的析构, A 的成员变量 mB 也开始析构, 目标对象 B 强弱引用计数减 1,内部强弱计数值变为 (0,0),回收目标对象 B 以及内部管理对象,B 对象的内存回收工作完成,接着触发 B 对象的成员 mA 的析构函数
mA 执行析构函数,弱引用计数减 1,内部强弱计数值变为 (0,0),回收 A 对象内部对应的管理对象,A 对象的内存回收工作完成

这样就解决了上一节中提出的内存泄漏问题!


3. 总结



wp 的基本作用:wp 扮演了指针缓存的角色,想用时候可以用,但不想因此阻止资源被释放
wp 存在的根本原因:解决循环引用导致的死锁问题

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