shared_ptr と weak_ptr ― 共有する所有権

導入

1つの資源を「複数の場所で共有して持ちたい」ことがあります。そのためのスマートポインタが std::shared_ptr です。仕組み（参照カウント）と、その落とし穴を避ける weak_ptr まで押さえて、この章を締めます。

説明

shared_ptr は「何人が所有しているか」を数える参照カウントを持ちます。コピーするとカウントが増え、寿命が尽きると減り、0 になった瞬間に自動で解放されます。make_shared<型>(引数) で作ります。

flowchart TB
  r["資源（Dog）"]
  a["shared_ptr a"] --> r
  b["shared_ptr b（a をコピー）"] --> r
  note["参照カウント = 2<br/>両方が消えて 0 になったら解放"]

#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;

int main() {
    shared_ptr<int> a = make_shared<int>(42);
    cout << a.use_count() << endl;   // 1（所有者は1人）

    {
        shared_ptr<int> b = a;       // 共有（コピーOK）
        cout << a.use_count() << endl;   // 2
        cout << *b << endl;          // 42
    }   // ここで b が消え、カウントが 1 に戻る

    cout << a.use_count() << endl;   // 1
    return 0;   // a が消えてカウント 0 → ここで解放
}

注意点が「循環参照」です。2つのオブジェクトが shared_ptr で互いを持ち合うと、カウントが永遠に 0 にならず解放されません。片方を 所有しない参照 weak_ptr にすると断ち切れます。

#include <memory>
using namespace std;

struct Node {
    shared_ptr<Node> next;   // 次を所有
    weak_ptr<Node> prev;     // 前は所有しない（weak）→ 循環を防ぐ
};

flowchart TB
  a["shared_ptr で相互所有<br/>→ カウントが 0 にならず漏れる"]
  b["片方を weak_ptr に<br/>→ 循環が切れて正しく解放"]
  a -->|"循環を断つ"| b

まとめ

shared_ptr は参照カウントで所有を共有し、カウントが 0 で自動解放します。共有が本当に必要なときだけ使い、既定は unique_ptr を選びます。相互に持ち合う「循環参照」は weak_ptr（所有しない参照）で断ち切ります。これで生の new/delete を書かずに、安全なメモリ管理ができます。