[8]C++智能指针的简单实现

来源：互联网发布：远程桌面端口修改编辑：程序博客网时间：2024/06/05 06:36

智能指针(smart pointer)是存储指向动态分配（堆）对象指针的类，用于生存期控制，能够确保自动正确的销毁动态分配的对象，防止内存泄露。它的一种通用实现技术是使用引用计数(reference count)。智能指针类将一个计数器与类指向的对象相关联，引用计数跟踪该类有多少个对象共享同一指针。每次创建类的新对象时，初始化指针并将引用计数置为1；当对象作为另一对象的副本而创建时，拷贝构造函数拷贝指针并增加与之相应的引用计数；对一个对象进行赋值时，赋值操作符减少左操作数所指对象的引用计数（如果引用计数为减至0，则删除对象），并增加右操作数所指对象的引用计数；调用析构函数时，构造函数减少引用计数（如果引用计数减至0，则删除基础对象）。

智能指针就是模拟指针动作的类。所有的智能指针都会重载 -> 和 * 操作符。智能指针还有许多其他功能，比较有用的是自动销毁。这主要是利用栈对象的有限作用域以及临时对象（有限作用域实现）析构函数释放内存。当然，智能指针还不止这些，还包括复制时可以修改源对象等。智能指针根据需求不同，设计也不同（写时复制，赋值即释放对象拥有权限、引用计数等，控制权转移等）。auto_ptr 即是一种常见的智能指针。

包含指针的类需要特别注意复制控制，原因是复制指针时只复制指针中的地址，而不会复制指针指向的对象。

大多数C++类用三种方法之一管理指针成员
（1）不管指针成员。复制时只复制指针，不复制指针指向的对象。当其中一个指针把其指向的对象的空间释放后，其它指针都成了悬浮指针。这是一种极端
（2）当复制的时候，即复制指针，也复制指针指向的对象。这样可能造成空间的浪费。因为指针指向的对象的复制不一定是必要的。
（3）第三种就是一种折中的方式。利用一个辅助类来管理指针的复制。原来的类中有一个指针指向辅助类，辅助类的数据成员是一个计数器和一个指针（指向原来的）（此为本次智能指针实现方式）。

其实，智能指针的引用计数类似于java的垃圾回收机制：java的垃圾的判定很简答，如果一个对象没有引用所指，那么该对象为垃圾。系统就可以回收了。

智能指针通常用类模板实现：

template <class T>class smartpointer{private:T *_ptr;public:smartpointer(T *p) : _ptr(p)  //构造函数{}T& operator *()        //重载*操作符{return *_ptr;}T* operator ->()       //重载->操作符{return _ptr;}~smartpointer()        //析构函数{delete _ptr;}};

代码一：

class Point                                       //基础对象类，要做一个对Point类的智能指针{public:    Point(int xVal = 0, int yVal = 0):x(xVal),y(yVal) { }    int getX() const {        return x;    }    int getY() const {        return y;    }    void setX(int xVal) {        x = xVal;    }    void setY(int yVal) {        y = yVal;    }private:    int x,y;};class RefPtr                                  //辅助类{//该类成员访问权限全部为private，因为不想让用户直接使用该类    friend class SmartPtr;      //定义智能指针类为友元，因为智能指针类需要直接操纵辅助类    RefPtr(Point *ptr):p(ptr), count(1) { }    ~RefPtr() {        delete p;    }    int count;      //引用计数    Point *p;       //基础对象指针};class SmartPtr      //智能指针类{public:    SmartPtr(Point *ptr):rp(new RefPtr(ptr)) { }    //构造函数    SmartPtr(const SmartPtr &sp):rp(sp.rp) {    //复制构造函数++rp->count;     }    SmartPtr& operator=(const SmartPtr& rhs) {       //重载赋值操作符        ++rhs.rp->count;                             //首先将右操作数引用计数加1，        if (--rp->count == 0)                        //然后将引用计数减1，可以应对自赋值            delete rp;        rp = rhs.rp;        return *this;    }    ~SmartPtr() {                                    //析构函数        if (--rp->count == 0)                        //当引用计数减为0时，删除辅助类对象指针，从而删除基础对象            delete rp;    }private:    RefPtr *rp;                                      //辅助类对象指针};int main(){    Point *p1 = new Point(10, 8);    SmartPtr sp1(p1);     //此时sp1.rp->count = 1    SmartPtr sp2(sp1);    //首先将sp1.rp->count赋给sp2.rp->count,之后sp2.rp->count++,这时sp1,sp2的rp是同一个对象    Point *p2 = new Point(5, 5);    SmartPtr sp3(p2);    sp3 = sp1;    return 0;}

代码二：

#include<iostream>using namespace std;// 定义仅由HasPtr类使用的U_Ptr类，用于封装使用计数和相关指针// 这个类的所有成员都是private，我们不希望普通用户使用U_Ptr类，所以它没有任何public成员// 将HasPtr类设置为友元，使其成员可以访问U_Ptr的成员class U_Ptr{    friend class HasPtr;    int *ip;    size_t use;    U_Ptr(int *p) : ip(p) , use(1)    {        cout << "U_ptr constructor called !" << endl;    }    ~U_Ptr()    {        delete ip;        cout << "U_ptr distructor called !" << endl;    }};class HasPtr{public:    // 构造函数：p是指向已经动态创建的int对象指针    HasPtr(int *p, int i) : ptr(new U_Ptr(p)) , val(i)    {        cout << "HasPtr constructor called ! " << "use = " << ptr->use << endl;    }    // 复制构造函数：复制成员并将使用计数加1    HasPtr(const HasPtr& orig) : ptr(orig.ptr) , val(orig.val)    {        ++ptr->use;        cout << "HasPtr copy constructor called ! " << "use = " << ptr->use << endl;    }    // 赋值操作符    HasPtr& operator=(const HasPtr&);    // 析构函数：如果计数为0，则删除U_Ptr对象    ~HasPtr()    {        cout << "HasPtr distructor called ! " << "use = " << ptr->use << endl;        if (--ptr->use == 0)            delete ptr;    }    // 获取数据成员    int *get_ptr() const    {        return ptr->ip;    }    int get_int() const    {        return val;    }    // 修改数据成员    void set_ptr(int *p) const    {        ptr->ip = p;    }    void set_int(int i)    {        val = i;    }    // 返回或修改基础int对象    int get_ptr_val() const    {        return *ptr->ip;    }    void set_ptr_val(int i)    {        *ptr->ip = i;    }private:    U_Ptr *ptr;   //指向使用计数类U_Ptr    int val;};HasPtr& HasPtr::operator = (const HasPtr &rhs)  //注意，这里赋值操作符在减少做操作数的使用计数之前使rhs的使用技术加1，从而防止自我赋值{    // 增加右操作数中的使用计数    ++rhs.ptr->use;    // 将左操作数对象的使用计数减1，若该对象的使用计数减至0，则删除该对象    if (--ptr->use == 0)        delete ptr;    ptr = rhs.ptr;   // 复制U_Ptr指针    val = rhs.val;   // 复制int成员    return *this;}int main(void){    int *pi = new int(42);    HasPtr *hpa = new HasPtr(pi, 100);    // 构造函数    HasPtr *hpb = new HasPtr(*hpa);     // 拷贝构造函数    HasPtr *hpc = new HasPtr(*hpb);     // 拷贝构造函数    HasPtr hpd = *hpa;     // 拷贝构造函数    cout << hpa->get_ptr_val() << " " << hpb->get_ptr_val() << endl;    hpc->set_ptr_val(10000);    cout << hpa->get_ptr_val() << " " << hpb->get_ptr_val() << endl;    hpd.set_ptr_val(10);    cout << hpa->get_ptr_val() << " " << hpb->get_ptr_val() << endl;    delete hpa;    delete hpb;    delete hpc;    cout << hpd.get_ptr_val() << endl;    return 0;}

运行结果如下图：

转载：
http://blog.csdn.net/hackbuteer1/article/details/7561235
http://www.cnblogs.com/yangshaoning/archive/2012/03/18/cpp_smart_pointer.html

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