在 C++ 中，std::weak_ptr 是一个智能指针，用来观察由 std::shared_ptr 所管理的对象，而不增加该对象的引用计数。它通常用于避免 循环引用 或 强引用计数的增长，特别在实现观察者模式时，weak_ptr 可以帮助观察者避免不必要的对象生命周期延长。
以下是如何使用 std::weak_ptr 来实现一个简单的观察者模式的示例。
观察者模式简介
观察者模式是一种行为设计模式，其中一个对象（主题或发布者）维护一组依赖对象（观察者），并在状态变化时通知这些观察者。主题对象的生命周期通常较长，而观察者对象的生命周期通常较短，使用 weak_ptr 可以确保观察者在主题对象销毁时不会导致内存泄漏。
示例：使用 weak_ptr 实现观察者模式
下面是一个简单的例子，其中我们有一个 Subject 类（主题），它可以注册多个 Observer（观察者）。每个观察者是通过 std::weak_ptr 来持有的，避免循环引用。
1. 定义 Observer 和 Subject 类
#include <iostream>
#include <vector>
#include <memory>
#include <algorithm>
class Observer {
public:
virtual void update(int value) = 0;
virtual ~Observer() = default;
};
class Subject {
private:
std::vector<std::weak_ptr<Observer>> observers;
public:
void addObserver(const std::shared_ptr<Observer>& observer) {
observers.push_back(observer);
}
void removeObserver(const std::shared_ptr<Observer>& observer) {
observers.erase(std::remove_if(observers.begin(), observers.end(),
[&](const std::weak_ptr<Observer>& o) { return o.lock() == observer; }), observers.end());
}
void notify(int value) {
for (auto& weakObserver : observers) {
if (auto observer = weakObserver.lock()) { // 如果观察者仍然存在
observer->update(value);
}
}
}
};
2. 定义具体的 Observer 实现
class ConcreteObserver : public Observer {
private:
std::string name;
public:
ConcreteObserver(const std::string& name) : name(name) {}
void update(int value) override {
std::cout << "Observer " << name << " received update with value: " << value << std::endl;
}
};
3. 使用 Subject 和 Observer 类
int main() {
// 创建主题对象
std::shared_ptr<Subject> subject = std::make_shared<Subject>();
// 创建观察者对象
std::shared_ptr<ConcreteObserver> observer1 = std::make_shared<ConcreteObserver>("Observer1");
std::shared_ptr<ConcreteObserver> observer2 = std::make_shared<ConcreteObserver>("Observer2");
// 注册观察者
subject->addObserver(observer1);
subject->addObserver(observer2);
// 通知观察者
subject->notify(10); // 所有观察者都会接收到通知
// 移除一个观察者
subject->removeObserver(observer1);
// 通知剩余的观察者
subject->notify(20); // 只有 Observer2 会接收到通知
// observer2 会自动销毁，而 observer1 的析构函数不会被触发
return 0;
}
解释
-
观察者和主题:
Observer是一个抽象类，定义了update方法，所有具体的观察者类都需要实现该方法。Subject是主题类，管理所有的观察者。它使用std::weak_ptr<Observer>来存储观察者，以避免观察者对象的生命周期被Subject锁住。
-
weak_ptr使用:- 在
Subject中，观察者是通过std::weak_ptr<Observer>存储的。weak_ptr不会增加观察者的引用计数，避免了循环引用的问题。使用时，需要调用lock()方法来获取一个有效的shared_ptr，如果观察者已经被销毁（引用计数为 0），lock()会返回一个空指针。
- 在
-
观察者的生命周期管理:
- 在
main函数中，我们创建了两个观察者对象，并注册到主题对象中。当我们通过subject->notify()向观察者发送通知时，只有有效的观察者会接收到通知。 - 当一个观察者被从
Subject中移除后，它将不再接收到通知。 std::weak_ptr确保即使观察者对象在通知过程中销毁，它也不会阻止观察者对象的销毁。
- 在
-
移除观察者:
removeObserver方法移除了特定的观察者。我们使用std::remove_if来从观察者列表中删除对应的观察者。如果该观察者已经被销毁，lock()将返回nullptr，该观察者将不会再被通知。
总结
使用 std::weak_ptr 可以有效地避免观察者模式中的循环引用问题，避免因为观察者持有主题对象的 shared_ptr 而导致无法销毁的问题。在这个示例中，Subject 类管理观察者的生命周期，而每个 Observer 使用 weak_ptr 观察主题对象，从而实现了避免循环引用和内存泄漏的功能。
