面试题：C++ std::weak_ptr在复杂数据结构中的循环引用处理

设计思路

使用std::weak_ptr打破循环引用：在存在循环引用的地方，将其中一个方向的引用改为std::weak_ptr。通常将子节点对父节点的引用改为std::weak_ptr，因为在遍历树时，从父节点到子节点的遍历更常见，这样可以保持从父节点到子节点的强引用关系，保证正常的遍历操作。
获取有效对象：在需要通过std::weak_ptr访问对象时，使用lock()方法检查对象是否仍然存在（即对应的std::shared_ptr是否还有引用）。如果存在，则返回一个std::shared_ptr，可以安全地访问对象。
遍历和操作不受影响：对于树的遍历，如深度优先搜索（DFS）或广度优先搜索（BFS），由于父节点到子节点的引用仍然是强引用，所以遍历逻辑与普通树类似。对于需要通过子节点访问父节点的操作，先通过std::weak_ptr获取父节点的std::shared_ptr，再进行操作。

关键代码片段

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

// 树节点类
class TreeNode {
public:
    int value;
    std::shared_ptr<TreeNode> parent;
    std::vector<std::shared_ptr<TreeNode>> children;
    std::weak_ptr<TreeNode> weakParent; // 使用std::weak_ptr打破循环引用

    TreeNode(int val) : value(val) {}

    // 添加子节点
    void addChild(std::shared_ptr<TreeNode> child) {
        children.push_back(child);
        child->weakParent = shared_from_this(); // 设置子节点的弱引用父节点
    }

    // 通过子节点获取父节点
    std::shared_ptr<TreeNode> getParent() {
        return weakParent.lock();
    }
};

// 深度优先搜索遍历树
void dfs(std::shared_ptr<TreeNode> node) {
    if (!node) return;
    std::cout << "Visiting node: " << node->value << std::endl;
    for (const auto& child : node->children) {
        dfs(child);
    }
}

可以通过以下方式使用这些代码：

int main() {
    std::shared_ptr<TreeNode> root = std::make_shared<TreeNode>(1);
    std::shared_ptr<TreeNode> child1 = std::make_shared<TreeNode>(2);
    std::shared_ptr<TreeNode> child2 = std::make_shared<TreeNode>(3);

    root->addChild(child1);
    root->addChild(child2);

    dfs(root);

    // 通过子节点获取父节点
    if (auto parent = child1->getParent()) {
        std::cout << "Child 1's parent value: " << parent->value << std::endl;
    }

    return 0;
}

在上述代码中，TreeNode类使用std::weak_ptr来表示子节点对父节点的引用，从而打破了可能存在的循环引用。dfs函数展示了如何在这种数据结构上进行正常的遍历，getParent函数展示了如何通过std::weak_ptr获取父节点。

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面试题：C++ std::weak_ptr在复杂数据结构中的循环引用处理

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面试题答案

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