C++智能指针auto_ptr源码完全解析---以微软auto_ptr为例来探讨auto_ptr的用法

       对于C/C++程序员来说， 内存泄露是一个谈之色变的话题， 很多时候， 机器运行1天2天都是ok的， 但运行到一个星期后， 就卡得要死。 实际上， 很多时候是内存泄露造成的。 内存泄露很容易引入， 但是定位起来非常非常难， 在内存泄露初期， 通常没有异常症状， 但随着内存泄露的累积， 内存逐渐被啃光， 最终导致卡死或者死机。

       申请堆内存， 又没有正确释放， 就会导致内存泄露， 听起来好可怕啊， 那有没有什么办法可以解决这一难题呢？ 有的！ 人类的智慧还是很厉害的。 我么知道， 栈对象在离开其作用域的时候， 会自动调用析构函数， 所以， 可以考虑把某一栈对象与某一堆内存绑定，且在其析构函数中释放堆内存，  那么， 在该栈对象离开作用域时， 堆内存自动释放， 这就是智能指针(本质是栈对象)的原理，简直是妙招啊。  这个栈对象装得像指针一样， 所以我们称之为智能指针， 其实， 它不过就是个普通的栈对象而已。 

        在本文中， 我们来介绍智能指针中的一种------auto_ptr,  并从源码的角度来看看auto_ptr使用中存在的一些常见问题：

       我们先来看一段简单的程序：

#include <iostream>#include <memory> // 有auto_ptr这个类模板using namespace std;int main(){auto_ptr<int> p(new int(100));// p是个对象， 但重载了*运算符， 所以我说它很能装， 装得像个指针cout << *p << endl; // 100return 0;}

      C++是一门复杂的语言， 比这个更糟糕的是： 一些不合格的C++程序员正在用它。 我们看看上面的程序， 实际上， 编译器做了太多的手脚， 这也是C++复杂的一个原因。 我们展开memory文件， 看看其中关于auto_ptr的代码， 复制过来， 然后形成如下程序：

#include <iostream>using namespace std;// 微软能把代码写成这样， 也是够风骚的// TEMPLATE CLASS auto_ptrtemplate<class _Ty>class auto_ptr {public:typedef _Ty element_type;explicit auto_ptr(_Ty *_P = 0) _THROW0(): _Owns(_P != 0), _Ptr(_P) {}auto_ptr(const auto_ptr<_Ty>& _Y) _THROW0(): _Owns(_Y._Owns), _Ptr(_Y.release()) {}auto_ptr<_Ty>& operator=(const auto_ptr<_Ty>& _Y) _THROW0(){if (this != &_Y){if (_Ptr != _Y.get()){if (_Owns)delete _Ptr;_Owns = _Y._Owns; }else if (_Y._Owns)_Owns = true;_Ptr = _Y.release(); }return (*this); }~auto_ptr(){if (_Owns)delete _Ptr; }_Ty& operator*() const _THROW0(){return (*get()); }_Ty *operator->() const _THROW0(){return (get()); }_Ty *get() const _THROW0(){return (_Ptr); }_Ty *release() const _THROW0(){((auto_ptr<_Ty> *)this)->_Owns = false;return (_Ptr); }private:bool _Owns;_Ty *_Ptr;};int main(){auto_ptr<int> p(new int(100));// p是个对象， 但重载了*运算符， 所以我说它很能装， 装得像个指针cout << *p << endl; // 100return 0;}

       看了上面auto_ptr的源码， 正在喝水的我， 差点呛着了。 并想问： 微软， 你还能再风骚一点么

       好吧， 我也懒得计较了。 于是， 对上面代码进行风格整理， 并作出详细的注释， 就算是剖析一下auto_ptr的源码吧：

#include <iostream>using namespace std;// 简单类class A{public:void fun(){}};template<class T>// 类模板class auto_ptr {public:// explicit构造函数， 禁止类型转化explicit auto_ptr(T *p = 0) throw(): m_bIsOwner(p != 0), m_ptr(p) {cout << "debug1" << endl;}// owner转移auto_ptr(const auto_ptr<T>& y) throw(): m_bIsOwner(y.m_bIsOwner), m_ptr(y.release()) {cout << "debug2" << endl;}// owner转移auto_ptr<T>& operator=(const auto_ptr<T>& y) throw(){cout << "debug3" << endl;if (this != &y) // 当前对象不是y对象{cout << "debug4" << endl;if (m_ptr != y.get()) // 当前对象绑定的地址不是y对象绑定的地址{cout << "debug5" << endl;if (m_bIsOwner) // 如果当前对象已经绑定堆， 则要先释放{cout << "debug6" << endl;delete m_ptr;}cout << "debug7" << endl;m_bIsOwner = y.m_bIsOwner; // 转移owner}else if (y.m_bIsOwner) // 当前对象与y绑定到同一块堆上， 且y是owner, 则把y的owner转移给当前对象{cout << "debug8" << endl;m_bIsOwner = true;}cout << "debug9" << endl;m_ptr = y.release();  // 让y不再是owner}cout << "debug10" << endl;return *this;  // 返回当前对象的引用}// 析构函数~auto_ptr(){cout << "debug11" << endl;if (m_bIsOwner) // 只有拥有owner属性才释放堆， 这样避免重复释放{cout << "debug12" << endl;delete m_ptr;  // 即使m_ptr是空指针也木有关系}}// 重载对象的*运算符， 使得对象"看起来"像指针， 可以执行*p操作T& operator*() const throw(){cout << "debug13" << endl;return *get(); }// 重载对象的->运算符T *operator->() const throw(){cout << "debug14" << endl;return get(); }// 获得对象绑定的地址T *get() const throw(){cout << "debug15" << endl;return m_ptr; }// 去掉对象的owner属性T *release() const throw(){cout << "debug16" << endl;((auto_ptr<T> *)this)->m_bIsOwner = false;return m_ptr; }private:bool m_bIsOwner;  // 对象是否拥有为owner的标志T *m_ptr; // 对象绑定的指针};int main(){{cout << "------------------------------" << endl;// 用法错误， 因为构造函数中有explicit， 不允许类型转化//auto_ptr<int> p = new int(10);}{cout << "------------------------------" << endl;// okauto_ptr<int> p(new int(10));}{cout << "------------------------------" << endl;// 下面代码有严重的运行期错误, 实际上是尝试delete栈上的内容int a = 10;//auto_ptr<int> p(&a);}{cout << "------------------------------" << endl;auto_ptr<int> p(new int(10));// 错误， p虽然"看似像"指针， 其本质是对象， delete p;是未定义行为//delete p;}{cout << "------------------------------" << endl;int *q = new int(10);auto_ptr<int> p(q);// 错误， q释放一次， p释放一次， 重复释放啊//delete q;}{cout << "------------------------------" << endl;auto_ptr<int> p0;// 有debug3的打印， 但没有debug4, 知道原因了吧p0 = p0;}{cout << "------------------------------" << endl;auto_ptr<int> p0(new int(10));// 注意， 这是初始化， 不是复制， 所以不会有debug3的打印auto_ptr<int> p1 = p0; }{cout << "------------------------------" << endl;auto_ptr<int> p0(new int(10));auto_ptr<int> p1; // 注意， 这才是赋值， 所有有debug3, debug4, debug5, debug7, debug9, debug10的打印// 为什么没有debug6呢？ 因为当前对象p1还不是ownerp1 = p0;}{cout << "------------------------------" << endl;auto_ptr<int> p0(new int(10));auto_ptr<int> p1(new int(20));// 有debug6的打印， 因为当先释放p1绑定的对象， 否则内存又泄露了啊p1 = p0;}{cout << "------------------------------" << endl;auto_ptr<int> p0(new int(10));// 把owner转给p1auto_ptr<int> p1(p0);// 终于见到你了， debug8p0 = p1;}{cout << "------------------------------" << endl;auto_ptr<int> p(new int(10));// 见到你了， debug13cout << *p << endl;}{cout << "------------------------------" << endl;auto_ptr<A> p(new A());// 终于见到你了， debug15p->fun();}{cout << "------------------------------" << endl;auto_ptr<int> p0(new int(10));auto_ptr<int> p1(p0);auto_ptr<int> p2(p1);// 实际上， p3才是最后的winner, 才是最后的owner, 所以释放堆的重任在p3身上auto_ptr<int> p3(p2);}{cout << "------------------------------" << endl;// oh, my god, 内存泄露， 本来要delete [] q; 现在析构函数只执行delete q;int *q = new int[3];auto_ptr<int> p(q);}{cout << "------------------------------" << endl;// oh, my god, 内存泄露， 本来要delete [] q; 现在析构函数只执行delete q;int *q = new int[3];auto_ptr<int> p(q);// 已经说过， 下面语句会造成内存重复释放//delete q;}// 最后说明一下，  auto_ptr不适合做容器的元素， 这一点我们以后会再次讨论到return 0;}

    
       好了， 不多说auto_ptr了， 一切尽在代码中。