C++智能指针的设计和实现

￡神魔★判官ぃ 2022-01-22 10:55 234阅读 0赞

# **一、[智能指针][Link 1]** #

在C++语言编程时，当类中有指针成员时，一般有两种方式来管理[指针][Link 2]成员：一是采用值型的方式管理，每个类对象都保留一份指针指向的对象的拷贝；另一种更优雅的方式是使用[智能指针][Link 1]，从而实现指针指向的对象的共享。

[智能指针(smart pointer)][Link 1]的一种通用实现技术是使用[引用计数][Link 3](reference count)。智能[指针][Link 2]类将一个计数器与类指向的对象相关联，[引用计数][Link 3]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][Link 3]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][Link 4]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][Link 5]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][Link 6] 时，析构函数减少引用计数（如果引用计数减至0，则删除基础对象）。

# **二、智能指针的一般实现** #

智能指针通常使用类模板来实现。模拟类指针的各种行为。但是，其最重要的作用是对类指针成员的管理，防止悬垂指针的出现。

template<class T>
    class SmartPointer{
    	public:
    		SmartPointer(T *t):pt(t){}
    		T& operator *(){ return *pt; }
    		T* operator ->() { return pt; }
    	private:
    		T *pt;
    };

# **三、引用计数的实现** #

为了实现引用计数，我们定义一个\_counter类来记录引用次数，把\_counter类的所有成员设定为private，因为其他的类型并不需要访问\_counter，只有SmartPointer对其进行操作就行了，SmartPointer将设为其友元类。

class _counter{
    	template<class T> friend class SmartPointer;
    	_counter(int u):use(u){}
    	~_counter(){}
    	int use;
    };

在SmartPointer类中，保留\_counter的指针。

template<class T>
    class SmartPointer{
    	public:
    		SmartPointer(T *t):pc(new _counter(1)){
    			cout<<"SmartPointer::SmartPointer() invoded use is: "<<pc->use<<endl;
    			this->pt = t;
    		}
    
    		SmartPointer(SmartPointer<T> &rhs){
    			this->pc = rhs.pc;
    			this->pt = rhs.pt;
    			this->pc->use++;
    			cout<<"SmartPointer copy invoked use is: "<<pc->use<<endl;
    		}
    
    		~SmartPointer(){
    			pc->use--;
    			cout<<"SmartPointer::~SmartPointer() invoded use is: "<<pc->use<<endl;
    			if(pc->use == 0)
    			{
    				delete pt;
    				delete pc;
    			}
    		}
    
    		SmartPointer<T>& operator=(SmartPointer<T> rhs){
    			if(rhs == *this){
    				return *this;
    			}
    
    			this->pt = rhs.pt;
    			this->pc = rhs.pc;
    			this->pc->use++;
    			cout<<"SmartPointer::operator=() invoked  use is: "<<pc->use<<endl;
    			return *this;
    		}
    
    	private:
    		T *pt;
    		_counter* pc;
    };

例如：我们有一个HasPtr类，其类成员中有一个为指针\*p。

class HasPtr{
    	public:
    		HasPtr(int val):value(val),p(new int(3)){
    			cout<<"HasPtr::HasPtr() invoked"<<endl;
    		}
    		~HasPtr(){ delete p; cout<<"HasPtr::~HasPtr() invoded"<<endl;}
    
    	private:
    		int *p;
    		int value;
    };

如果如下调用：

HasPtr *php = new HasPtr(3);
    SmartPointer<HasPtr> psp(php);
    SmartPointer<HasPtr> npsp(psp);

我们现在有两个智能指针对象，指向同一个HasPtr对象，其模型如下：

**![20130615212904828][]**

\_counter的use成员（引用计数）为2.

# **四、测试** #

int main(void)
    {
    	HasPtr *php = new HasPtr(3);
    	SmartPointer<HasPtr> psp(php);
    	SmartPointer<HasPtr> npsp(psp);
    	SmartPointer<HasPtr> nnpsp = npsp;
    
    
    	return 0;
    }

使用gcc编译器，运行结果如下：

![20130615221643031][]

[Link 1]: http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%99%BA%E8%83%BD%E6%8C%87%E9%92%88
[Link 2]: http://baike.baidu.com/view/159417.htm
[Link 3]: http://baike.baidu.com/view/4163962.htm
[Link 4]: http://baike.baidu.com/view/1266959.htm
[Link 5]: http://baike.baidu.com/view/420846.htm
[Link 6]: http://baike.baidu.com/view/1277985.htm
[20130615212904828]: /images/20220122/260cbb5506804ea88c0435be0f5779ca.png
[20130615221643031]: /images/20220122/a177a786003d4ab4be54c8aa1c3a64ea.png