为什么这个 std::weak_ptr 明显阻止释放内存，以及如何检测这个错误？

Question

在我的 C++ 代码中，我有一个

std::shared_ptr

超出了范围，这将其使用计数减少到 0，因此指向的对象被销毁。这很好用。但是，如果我有一个

std::weak_ptr

指向该

std::shared_ptr

并保持活动状态，则指向的内存显然实际上并未被释放。

示例：

#include <iostream>
#include <memory>

int main() {
    int* my_raw_ptr = nullptr;
    std::weak_ptr<int> my_wp;
    {
        auto my_sp = std::make_shared<int>(42);
        std::cout << "my_sp value: " << *my_sp << std::endl;
        my_raw_ptr = &(*my_sp);

        my_wp = my_sp;  // (1)
    }

    std::cout << "my_raw_ptr value: " << *my_raw_ptr << std::endl;

    return 0;
}

（关于 Godbolt：https://godbolt.org/z/Kd46fn8zc）

现在，我知道这段代码具有未定义的行为（即，在

my_raw_ptr

超出范围后取消引用

my_sp

）。但是，我担心的是，我尝试过的任何工具都没有捕获此错误：

• 使用 clang 19.1.0 和

  -O0 -fsanitize=address -fno-omit-frame-pointer

  进行编译时，程序在运行时不会显示任何错误。
• Valgrind 3.22.0 未显示任何运行时错误。
• 使用 jemalloc 和“内存垃圾”（即使用

  MALLOC_CONF=junk:true LD_PRELOAD=/usr/lib/x86_64-linux-gnu/libjemalloc.so.2

  ）运行程序不会在运行时导致任何错误行为。我预计

  junk:true

  选项会导致释放的内存充满垃圾数据，从而使错误很容易被发现。

更奇怪的是：如果我从代码中删除

std::weak_ptr

分配（即禁用标有

(1)

的行），所有三个工具都会正确检测到该错误！

问题：我该怎么做才能让运行时分析工具检测到这个错误？而且，出于好奇：为什么

std::weak_ptr

能够很好地防止检测到错误？

Answer 1

首先您必须了解如何

std::make_shared

。 当您使用 is 时，它会分配比您的对象更大的内存，这个额外的大小包含处理引用计数和销毁过程所需的信息。

现在

shared_ptr

和

weak_weak

指针都使整个内存块保持活动状态。当所有

shared_ptr

结束它们的生命周期时，所做的只是调用指针对象的析构函数。内存保持不变，仍然需要正弦引用计数来处理弱指针。 所以在这种情况下对象被销毁了，但内存仍然存在。

int

是特殊情况，因为它有简单的析构函数，因此您可以在不调用 UB 的情况下访问此内存。如果指向类型没有简单的析构函数，那么访问此内存将调用未定义的行为。