适合具备 C 语言基础的 C++ 教程（十五）

前言

在上一则教程中，叙述了当处于多线程环境下时，智能指针所指向的引用计数可能会因为此导致引用计数出问题，因此，引入了原子操作的相关概念，换句话说，这种操作也被称之为是轻量级指针，那对于这种轻量型指针又会存在什么问题呢？本节内容将着重叙述这个问题。另外需要注意的是，关于最近几次的内容互相之间都是息息相关的，需要结合上下文进行理解，同时，因为涉及到的代码比较多，如果哪里没有说明白的地方，需要下载对应的源代码进行对照分析。好了，接下来，进入本次内容的分享。

强指针

在说明强指针这个概念之前，我们先从代码的角度慢慢分析，首先，假设，我们现在有如下两个智能指针：

image-20210313102009432

如上图所示，A 指针指向了 B，B 指针指向了 A，这样会导致什么后果呢，我们看如下所示的代码，在上一节轻量级指针的基础上，我们构建这样的 Person类代码：

class Person : public LightRefBase<Person>
{
private:
    sp<Person> father;
    sp<Person> son;

public:
    Person()
    {
        cout << "Person()" << endl;
    }

    ~Person()
    {
        cout << "~Person()" << endl;
    }

    void setFather(sp<Person> &father)
    {
        this->father = father;
    }

    void setSon(sp<Person> &son)
    {
        this->son = son;
    }

    void printInfo(void)
    {
        cout << "just a test function" << endl;
    }
};

基于此，我们编写一个测试函数，代码如下所示：

void test_func(void)
{
    sp<Person> father = new Person();
    sp<Person> son = new Person();

    father->setSon(son);
    son->setFather(father);
}

然后，我们是主函数，代码如下所示：

int main(int argc, char **argv)
{
    test_func();

    return 0;
}

在分析，强指针之前，我们先来分析以下上述过程中构造函数和析构函数的一个过程，对于类里面的各个对象成员以及类本身而言，它的构造顺序基于这样一个原理：如果对象里面含有其他对象成员，那么在构造的时候：先构造其他对象成员，再构造对象本身；而析构时：顺序则刚刚相反。基于这样一个原理，我们来分析如下所示的代码：

sp<Person> father = new Person();

对于 new Person()来说，Person对象里面的father先被构造，然后紧接着是Person对象里面的son被构造，最后是Person对象本身被构造。对于这句代码，Person对象的指针传给了sp<Person> father，这也就导致了sp(T *other)被调用，而这步操作也就增加了这个Person对象的引用计数（此时引用计数值等于 1）

紧接着，我们来看下面这句代码：

sp<Person> son = new Person();

对于这句代码它的原理和上一句是相同的，首先是Person对象里的father先被构造，然后是son被构造，紧接着是Person对象本身被构造。Person对象的指针传给sp<Person> son，导致sp(T *other)被调用，它增加了Person对象的引用计数，现在这个值等于1。

到这里，我们知道，两个 Person对象的引用计数都等于1，我们接着看如下所示的代码：

father->setSon(son);

这个函数里面有一个等号赋值操作，其实这个等号是经过重载的，我们来看等号重载的代码：

image-20210313110017132

可以看到，在这个函数里，有对于引用计数自增的操作，也就是说通过father->setSon(son)操作会使得son所指向的引用计数值自增，所以到这里，son所指向的对象的引用计数的值就为2。

同样的，我们再来看如下所示的代码：

son->setFather(father);

根据上述分析， father所指向的对象的引用计数值变为2，这么一来，当函数test_func调用完成然后退出的时候，会释放相应的局部变量，但是我们之前在叙述智能指针的时候，提到过，要释放智能指针所指向的对象的内存，需要当所指向的对象的引用计数为 0 的时候，才能将其释放掉，所以上述代码就算test_func运行结束，也不会去销毁对象的内存。下图是上述代码的一个示意图：

image-20210313112741305

向上述这种情况，就称之为是强指针，也就是 A 指向 B，A 决定 B 的生死，最后，我们来看，我们最初给出的代码的运行结果：

image-20210313113733367

可以看到虽然test_func执行完毕，但是并没有执行析构函数，要如何解决这个问题呢，就需要引入弱指针的相关概念。

弱指针

引入弱指针的原因在上述已经说明了，那么具体应该如何做呢？对比于上述的强指针，我们可以引入一个弱指针的计数，同时增加一些弱指针计数的相关操作，下面是简化的代码：

class RefBase
{
private:
    int mStrong;
    int mWeak;

public:
    void incStrong(void);
    void decStrong(void);

    void incWeak(void);
    void decWeak(void);
};

写到这里我们其实又可以将弱指针再抽象为一个对象，在这里，(incStrong不放入是因为为了兼容之前轻量级指针对引用计数的操作),如下面的代码所示：

class StrongWeakRef_type 
{
private:
    int mstrong;
    int mweak;
public:
    void incWeak();
    void decWeak();
};

我们在接触面向对象的编程中，可以知道一个原则，就是说，在头文件中是不想看到私有数据成员的，只想看到接口，那么我们在实现这部分的时候，就可以将其进一步优化，也就是拆分成两部分：

• 固定接口类
• 变化的实现

抽象得到的接口类的代码如下所示：

class weakref_type
{
public:
    void incWeak(void);
    void decWeak(void);
};

将这部分代码放入头文件中，接下来是变化的实现的代码，这部分代码是放在 cpp文件中的：

class weakref_impl:public weakref_type
{
private:
    int mstrong;
    int mWeak;
};

基于上述的代码，再来写出我们的 RefBase类的代码：

class RefBase
{
    weakref_impl * mRefs;
};

这样，我们就完成了一个强弱指针统一实现的一个基本思路，下图是关于上述的一个分析过程的一个示意图：

image-20210313145313229

上述仅仅是一个思路，具体的代码比这要复杂，就不进行剖析了，我们来看基于刚刚所述的这个弱指针，我们继续来实现我们的 Person类。

#include <iostream>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <utils/RefBase.h>

using namespace std;
using namespace android;

class Person : public RefBase {

private:
    wp<Person> father;
    wp<Person> son;

public:
    Person() {
        cout <<"Pserson()"<<endl;
    }


    ~Person()
    {
        cout << "~Person()"<<endl;
    }

    void setFather(sp<Person> &father)
    {
        this->father = father;
    }

    void setSon(sp<Person> &son)
    {
        this->son = son;
    }

    void printInfo(void)
    {
        cout<<"just a test function"<<endl;
    }
};

上述代码中引入的是Android源代码的相关头文件，在这基础上实现的 Person类，我们可以看到相对于前文所述的 Person类，sp变成了wp，其他代码不变，同样是造成了对 father和son所指向的对象的两次引用，但是在程序执行的时候，结果如下所示：

image-20210313150255127

这也正是使用弱指针所带来的效果。

小结

这就是本次所要分享的内容，涉及到强指针和弱指针的相关介绍，所涉及的代码和Android源代码相关，如果想要查看源代码的朋友，可以通过下方的百度云链接进行下载。

链接：https://pan.baidu.com/s/1NlHqvrdvKI9IBLj_EKnk1g 
提取码：w7nj