为何std::shared_ptr管理的对象会发生内存泄漏？

代码示例 #

#include <iostream>
#include <memory>
#include <vector>

using namespace std;

class test : public enable_shared_from_this<test> {
    vector<shared_ptr<test>> vec;
public:

    void addvec()
    {
        vec.emplace_back(shared_from_this());
    }
    ~test() { cout << "destructing\n"; }
};


int main()
{
    auto sp = make_shared<test>();

    sp->addvec(); // when called, destructor is not invoked and
                  // LeakSanitizer reports a memory leak
}

问题描述 #

一个test对象由std::shared_ptr管理，调用addvec后，内部vector中存储了第二个std::shared_ptr实例（此时引用计数ref_count == 2）。但析构函数从未被调用，LeakSanitizer报告存在内存泄漏，请问这是为什么？

编译命令：g++ -g -fsanitize=leak c.cpp
GCC版本：12.2.1

原因解析 #

这是典型的shared_ptr循环引用问题，具体逻辑链如下：

• main函数中的sp是指向test对象的shared_ptr，此时对象的引用计数为1。
• 调用addvec后，test内部的vec容器存入了一个通过shared_from_this()生成的shared_ptr，该指针同样指向当前test对象，导致引用计数增加到2。
• 当main函数执行完毕，sp被销毁，引用计数从2减到1。但此时test对象内部的vec还持有一个指向自身的shared_ptr，而vec是test对象的成员变量——只有test对象被销毁时，vec才会被销毁，进而释放它持有的shared_ptr。
• 最终形成死锁：test对象要销毁，需要引用计数降到0；引用计数要降到0，需要vec里的shared_ptr被释放；vec要释放，又需要test对象先被销毁。循环依赖导致test对象永远无法被析构，内存因此泄漏。

解决方案 #

将内部持有指针的类型从shared_ptr<test>改为weak_ptr<test>即可解决问题。weak_ptr不会增加对象的引用计数，它仅作为对象的观察者，不会阻止对象被销毁。修改后的成员变量定义如下：

vector<weak_ptr<test>> vec;

调用addvec时无需额外修改，shared_from_this()返回的shared_ptr可以隐式转换为weak_ptr存入容器。这样当外部的sp销毁后，引用计数降到0，test对象会被正常析构，内部的vec也会随之销毁，不会形成循环引用。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Tootsie