Для чего используется weak_ptr?

std::weak_ptr используется для создания невладеющих ссылок на объект, управляемый std::shared_ptr. Это позволяет избежать циклических зависимостей между объектами, которые владеют друг другом посредством shared_ptr, тем самым предотвращая утечки памяти.

Её ключевые особенности:

• Не увеличивает счетчик ссылок: Когда создается weak_ptr из shared_ptr, он не увеличивает счетчик сильных ссылок. Счетчик слабых ссылок увеличивается, но он не влияет на время жизни объекта.
• Проверка валидности: weak_ptr позволяет проверить, существует ли еще объект, на который он ссылается, с помощью метода expired() или путем попытки преобразования в shared_ptr с помощью метода lock(). Метод lock() возвращает shared_ptr, если объект все еще жив, или пустой shared_ptr в противном случае.
• Решение проблемы циклических ссылок: Это основное назначение weak_ptr. Если два объекта владеют друг другом посредством shared_ptr, счетчик ссылок никогда не опустится до нуля, и память, занимаемая объектами, не будет освобождена. Используя weak_ptr для одной из ссылок, можно разрешить эту циклическую зависимость.

Пример:

#include <iostream>
#include <memory>

class B;

class A {
public:
    std::shared_ptr<B> b_ptr;
    ~A() { std::cout << "A destroyed\n"; }
};

class B {
public:
    std::weak_ptr<A> a_ptr; // Используем weak_ptr для предотвращения цикла
    ~B() { std::cout << "B destroyed\n"; }
};

int main() {
    std::shared_ptr<A> a = std::make_shared<A>();
    std::shared_ptr<B> b = std::make_shared<B>();

    a->b_ptr = b;
    b->a_ptr = a; // Здесь weak_ptr не увеличивает strong count A

    // Когда a и b выходят из области видимости,
    // счетчики сильных ссылок падают до нуля,
    // и объекты корректно уничтожаются.
    // Если бы B::a_ptr был shared_ptr,
    // счетчики сильных ссылок A и B были бы по 1,
    // предотвращая освобождение памяти.

    std::cout << "End of main\n";

    return 0;
}

В этом примере, если бы B::a_ptr был std::shared_ptr, объекты A и B никогда бы не были уничтожены, так как каждый объект держал бы сильную ссылку на другой. Использование std::weak_ptr для B::a_ptr предотвращает эту проблему.