智能指针原理与简单实现（转）

以下实现没有考虑线程安全的问题。

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。

下面是辅助类：

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：

下面是句柄类：

为了避免上面方案中每个使用指针的类自己去控制引用计数，可以用一个类把指针封装起来。封装好后，这个类对象可以出现在用户类使用指针的任何地方，表现为一个指针的行为。我们可以像指针一样使用它，而不用担心普通成员指针所带来的问题，我们把这样的类叫句柄类。在封装句柄类时，需要申请一个动态分配的引用计数空间，指针与引用计数分开存储。实现示例如下：

#include <iostream> #include <stdexcept> using namespace std; #define TEST_SMARTPTR class Stub { public: void print() { cout<<"Stub: print"<<endl; } ~Stub(){ cout<<"Stub: Destructor"<<endl; } }; template <typename T> class SmartPtr { public: SmartPtr(T *p = 0): ptr(p), pUse(new size_t(1)) { } SmartPtr(const SmartPtr& src): ptr(src.ptr), pUse(src.pUse) { ++*pUse; } SmartPtr& operator= (const SmartPtr& rhs) { // self-assigning is also right ++*rhs.pUse; decrUse(); ptr = rhs.ptr; pUse = rhs.pUse; return *this; } T *operator->() { if (ptr) return ptr; throw std::runtime_error("access through NULL pointer"); } const T *operator->() const { if (ptr) return ptr; throw std::runtime_error("access through NULL pointer"); } T &operator*() { if (ptr) return *ptr; throw std::runtime_error("dereference of NULL pointer"); } const T &operator*() const { if (ptr) return *ptr; throw std::runtime_error("dereference of NULL pointer"); } ~SmartPtr() { decrUse(); #ifdef TEST_SMARTPTR std::cout<<"SmartPtr: Destructor"<<std::endl; // for testing #endif } private: void decrUse() { if (--*pUse == 0) { delete ptr; delete pUse; } } T *ptr; size_t *pUse; }; int main() { try { SmartPtr<Stub> t; t->print(); } catch (const exception& err) { cout<<err.what()<<endl; } SmartPtr<Stub> t1(new Stub); SmartPtr<Stub> t2(t1); SmartPtr<Stub> t3(new Stub); t3 = t2; t1->print(); (*t3).print(); return 0; }