Для чего нужен.
В предыдущем посте я рассказывал про устройство shared_ptr. К сожалению, он подвержен классической проблеме циклических ссылок. Для решения этой проблемы используется weak_ptr.
Как решить проблему циклических ссылок.
В объект счётчика ссылок добавляется счётчик слабых ссылок. weak_ptr увеличивает этот счётчик при создании и копировании. При этом объект счётчика ссылок не удаляется до тех пор, пока есть хотя бы один shared_ptr или один weak_ptr, т.к. weak_ptr необходимо обращаться к счётчику ссылок даже если нет ни одного живого shared_ptr. Но сам объект, на который указывает shared_ptr, может быть удалён, если больше не осталось живых shared_ptr.
Код объекта счётчика ссылок теперь будет выглядеть так:
template <typename T>
class sp_counted {
public:
explicit sp_counted(T *p) noexcept
: shared_count(1),
weak_count(1),
ptr(p) {}
void add_ref() noexcept {
++shared_count;
}
void release() noexcept {
if (!--shared_count) {
// Если последний shared_ptr удалился, удаляем объект
delete ptr;
if (!--weak_count) {
// Если нет слабых ссылок, удаляем объект счётчика
destroy();
}
}
}
void add_ref_weak() noexcept {
++weak_count;
}
void release_weak() noexcept {
if (!--weak_count) {
// Если последний weak_ptr удалился, удаляем объект счётчика.
// Т.к. shared_ptr тоже увеличивает weak_count при создании,
// нет необходимости проверять значение shared_count
destroy();
}
}
size_t use_count() const noexcept {
return shared_count.load();
}
// Попытка увеличить счётчик shared_count из weak_ptr
// Потокобезопасен, lock-free
void add_ref_lock() {
// Сохраняем текущее значение shared_count
size_t cur_value(shared_count.load());
do {
// Если счётчик сильных ссылок равен нулю (т.е. нет больше живых shared_ptr),
// то новый shared_ptr создавать не из чего.
if (!cur_value) {
throw std::bad_weak_ptr();
}
// Пытаемся увеличить счётчик shared_count на единицу
// Если в промежутке между сохранением shared_count в cur_value, shared_count изменился,
// то операция compare_exchange_weak вернёт false, запишет новое значение shared_count в cur_value,
// и цикл повторится
} while (shared_count.compare_exchange_weak(cur_value, cur_value + 1));
}
private:
void destroy() noexcept {
delete this;
}
private:
// Счётчик ссылок shared_ptr
std::atomic<size_t> shared_count;
// Счётчик ссылок weak_ptr
std::atomic<size_t> weak_count;
T *ptr;
};
Вопрос: почему вызов add_ref_lock безопасен? Ведь в другом потоке shared_ptr в деструкторе может удалить объект sp_counted, и обращение к переменной shared_count будет некорректным.Ответ: потому что деструктор shared_ptr не удалит объект sp_counted, т.к. есть живая слабая ссылка (weak_count != 0).
Код weak_ptr будет выглядеть так:
template <typename T>
class weak_ptr {
friend class shared_ptr<T>;
public:
weak_ptr() noexcept : ptr(nullptr), counted(nullptr) {}
weak_ptr(const weak_ptr &other) noexcept : ptr(other.ptr), counted(other.counted) {
add_ref_weak();
}
weak_ptr(const shared_ptr<T> &p) noexcept : ptr(p.ptr), counted(p.counted) {
add_ref_weak();
}
weak_ptr &operator=(const weak_ptr &other) noexcept {
release_weak();
ptr = other.ptr;
counted = other.counted;
add_ref_weak();
return *this;
}
weak_ptr &operator=(const shared_ptr<T> &p) {
release_weak();
ptr = p.ptr;
counted = p.counted;
add_ref_weak();
return *this;
}
// Пытаемся сделать shared_ptr. Для этого вызывается конструктор shared_ptr(const weak_ptr &);
// В случае невозможности создать shared_ptr возвращается пустой объект
shared_ptr<T> lock() noexcept {
try {
return shared_ptr<T>(*this);
} catch (const std::bad_weak_ptr &) {
return shared_ptr<T>();
}
}
size_t use_count() const noexcept {
return counted != nullptr ? counted->use_count() : 0;
}
private:
void add_ref_weak() noexcept {
if (counted) {
counted->add_ref_weak();
}
}
void release_weak() noexcept {
if (counted) {
counted->release_weak();
}
}
private:
T *ptr;
sp_counted<T> *counted;
};
В код shared_ptr добавляется конструктор shared_ptr(const weak_ptrtemplate <typename T>
class weak_ptr;
template <typename T>
class shared_ptr {
friend class weak_ptr<T>;
public:
shared_ptr() noexcept : ptr(nullptr), counted(nullptr) {}
// excaption safe конструктор
explicit shared_ptr(T *p) {
std::unique_ptr<T> holder(p);
// new может кинуть исключение, и если p не передать в unique_ptr,
// память под p потеряется
counted = new sp_counted<T>(holder.get());
ptr = holder.release();
}
~shared_ptr() noexcept {
release();
}
shared_ptr(const shared_ptr<T> &other) noexcept : ptr(other.ptr), counted(other.counted) {
add_ref();
}
shared_ptr(const weak_ptr<T> &p) : ptr(p.ptr), counted(p.counted) {
if (counted) {
// Пытаемся увеличить счётчик ссылок объекта
// В случае неудачи сгенерируется исключение std::bad_weak_ptr()
counted->add_ref_lock();
} else {
throw std::bad_weak_ptr();
}
}
shared_ptr &operator=(const shared_ptr<T> &other) noexcept {
// Освобождаем владение предыдущим указателем
release();
// Выполняем присваивание
ptr = other.ptr;
counted = other.counted;
// Устанавливаем владение новым указателем
add_ref();
// Ура! Я не забыл вернуть *this!
return *this;
}
T *get() const noexcept {
return ptr;
}
size_t use_count() const noexcept {
return counted != nullptr ? counted->use_count() : 0;
}
private:
void add_ref() noexcept {
if (counted) {
counted->add_ref();
}
}
void release() noexcept {
if (counted) {
counted->release();
}
}
private:
T *ptr;
sp_counted<T> *counted;
};
