В чем заключается отличие между weak_ptr и shared_ptr?

Основное отличие в управлении временем жизни объекта.

shared_ptr управляет ресурсом с помощью счетчика сильных ссылок. Объект уничтожается, когда последний shared_ptr, указывающий на него, прекращает свое существование (счетчик сильных ссылок становится равен нулю). shared_ptr увеличивает этот счетчик при копировании.

weak_ptr не претендует на владение объектом. Он хранит "слабую" ссылку на ресурс, управляемый shared_ptr, и не увеличивает счетчик сильных ссылок. weak_ptr не предотвращает уничтожение объекта. Его основная цель — получить доступ к объекту, если он еще существует, не участвуя в управлении его временем жизни.

Для доступа к объекту, на который указывает weak_ptr, необходимо преобразовать его в shared_ptr с помощью метода lock(). Этот метод возвращает shared_ptr, если объект еще жив, или пустой shared_ptr в противном случае.

Примеры использования:

1. Предотвращение циклических ссылок: shared_ptr может создавать циклические ссылки, которые приводят к утечкам памяти. weak_ptr используется для разрыва таких циклов.
2. Наблюдатели (Observers): Объекты-наблюдатели часто хранят weak_ptr на отслеживаемый объект, чтобы не продлевать его время жизни искусственно.
3. Кэши: В кэшах может храниться weak_ptr на объекты, чтобы они могли быть выгружены gc (если применимо, или просто уничтожены, если на них нет других сильных ссылок).

Сводная таблица:

Пример с циклическими ссылками:

#include <iostream>
#include <memory>

class B;

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

class B {
public:
    std::weak_ptr<A> a_ptr; // Использование weak_ptr для разрыва цикла
    ~B() { std::cout << "B Destructor\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 используется weak_ptr

    // Когда main завершится, a и b будут уничтожены,
    // так как нет циклических ссылок, удерживающих их.

    return 0;
}