C++中智能指针的工作原理和简单实现

来源：互联网发布：cisco网络拓扑图素材编辑：程序博客网时间：2024/05/04 16:11

智能指针：它的一种通用实现方法是采用引用计数的方法。智能指针将一个计数器与类指向的对象相关联，引用计数跟踪共有多少个类对象共享同一指针。

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；这是因此左侧的指针指向了右侧指针所指向的对象，因此右指针所指向的对象的引用计数+1；

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）。

实现智能指针有两种经典策略：一是引入辅助类，二是使用句柄类。这里主要讲一下引入辅助类的方法，看下面的例子：

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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) { ++rp->count; }            //复制构造函数
 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;
}

使用该方式的内存结构图如下：

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