C++如何實現智能指針

小編給大家分享一下C++如何實現智能指針，相信大部分人都還不怎么了解，因此分享這篇文章給大家參考一下，希望大家閱讀完這篇文章后大有收獲，下面讓我們一起去了解一下吧！

C++ 智能指針的模擬實現實例

1.引入

int main()
{
  int *p = new int;  //裸指針
  delete p;
  return 0;
}

在上面的代碼中定義了一個裸指針p，需要我們手動釋放。如果我們一不小心忘記釋放這個指針或者在釋放這個指針之前，發生一些異常，會造成嚴重的后果（內存泄露）。而智能指針也致力于解決這種問題，使程序員專注于指針的使用而把內存管理交給智能指針。

普通指針也容易出現指針懸掛問題，當有多個指針指向同一個對象的時候，如果某一個指針delete了這個對象，所以這個指針不會對這個對象進行操作，那么其他指向這個對象的指針呢？還在等待已經被刪除的基礎對象并隨時準備對它進行操作。于是懸垂指針就形成了，程序崩潰也“指日可待”。

int main()
{
  int *p1 = new int(2);
  int *p2 = p1;
  int *p3 = p2;
  cout<<*p1<<endl;
  cout<<*p2<<endl;
  cout<<*p3<<endl;
  delete p1;
  cout<<*p2<<endl;
  return 0;
}

輸出結果

2
2
2
-572662307

輸出的結果*p2的結果并不是期待中2，因為2早已經被刪除了。

智能指針

智能指針是一個類，它把普通指針封裝起來，能實現和普通指針同樣的功能。不同的是智能指針能夠對內存進行自動管理，利用類對象出了作用域會調用析構函數，把對指針的釋放寫在析構函數中，避免出現懸掛指針的情況。

智能指針(smart pointer)是存儲指向動態分配（堆）對象指針的類，用于生存期控制，能夠確保自動正確的銷毀動態分配的對象，防止內存泄露。它的一種通用實現技術是使用引用計數(reference count)。智能指針類將一個計數器與類指向的對象相關聯，引用計數跟蹤該類有多少個對象共享同一指針。每次創建類的新對象時，初始化指針并將引用計數置為1；當對象作為另一對象的副本而創建時，拷貝構造函數拷貝指針并增加與之相應的引用計數；對一個對象進行賦值時，賦值操作符減少左操作數所指對象的引用計數（如果引用計數為減至0，則刪除對象），并增加右操作數所指對象的引用計數；調用析構函數時，構造函數減少引用計數（如果引用計數減至0，則刪除基礎對象）。

智能指針就是模擬指針動作的類。所有的智能指針都會重載 -> 和 * 操作符。智能指針還有許多其他功能，比較有用的是自動銷毀。這主要是利用棧對象的有限作用域以及臨時對象（有限作用域實現）析構函數釋放內存。當然，智能指針還不止這些，還包括復制時可以修改源對象等。智能指針根據需求不同，設計也不同（寫時復制，賦值即釋放對象擁有權限、引用計數等，控制權轉移等）。auto_ptr 即是一種常見的智能指針。

智能指針的實現(用類模板實現）

class Test
{
public:
  Test()
  {
    cout<<"Test()"<<endl;
  }
  ~Test()
  {
    cout<<"~Test()"<<endl;
  }
  void func()
  {
    cout<<"call Test::func()"<<endl;
  }
};
template<typename T>
class CSmartptr
{
public:
  CSmartptr(T *ptr):_ptr(ptr)
  {cout<<"CSmartptr()"<<endl;}
  CSmartptr(const CSmartptr<T> &other)
  {
    _ptr = new T;
    *ptr = *other._ptr;
  }
  ~CSmartptr()
  {
    cout<<"~CSmartptr()"<<endl;
    delete _ptr;
  }
  void relase() const
  {
    ((CSmartptr<T> *)this)->owns = false;
  }
  T& operator*()
  {
    return *_ptr;
  }
  const T& operator*()const {return *_ptr;}
  T *operator->()
  {
    return _ptr;
  }
  const T *operator->()const {return _ptr;}
private:
  T *_ptr;
};
int main()
{
  CSmartptr<int> p1(new int);
  *p1 = 200;
  CSmartptr<Test> p2(new Test);
  p2->func();
  return 0;
}

模擬實現auto_ptr

template<typename T>
class CSmartptr
{
public:
  CSmartptr(T *ptr):_ptr(ptr),owns(true){cout<<"CSmartptr()"<<endl;}
  CSmartptr(const CSmartptr<T> &other)
  {
    other.relase();
    _ptr = other._ptr;
  }
  ~CSmartptr()
  {
    cout<<"~CSmartptr()"<<endl;
    if( owns == true)
    {
      cout<<"~CSmartptr()"<<endl;
      delete _ptr;
    }

  }
  void relase() const
  {
    ((CSmartptr<T> *)this)->owns = false;
  }
  T& operator*()
  {
    return *_ptr;
  }
  const T& operator*()const {return *_ptr;}
  T *operator->()
  {
    return _ptr;
  }
  const T *operator->()const {return _ptr;}
private:
  T *_ptr;
  bool owns; //標志位 ,控制一個資源的訪問權限
};
int main()
{
  CSmartptr<int> p1(new int);
  *p1 = 200;
  CSmartptr<Test> p2(new Test);
  p2->func();
  return 0;
}

帶有引用計數的智能指針（方便對資源的管理和釋放）

class CHeapTable
{
public:
  static CHeapTable& getInstance()
  {
    return mHeapTable;
  }
  //增加引用計數
  void addRef(void *ptr)
  {
    pthread_mutex_lock(mutex);
    list<Node>::iterator it = find(mList.begin(),
      mList.end(), ptr); // Node == Node it->mpaddr
    if(it == mList.end())
    {
      mList.push_front(ptr);
      cout<<"new addr:"<<ptr<<" ref:"<<1<<endl;
    }
    else
    {
      it->mcount++;
      cout<<"add addr:"<<ptr<<" ref:"<<it->mcount<<endl;
    }
    pthread_mutex_unlock(mutex);
  }
  //減少引用計數的
  void delRef(void *ptr)
  {
    list<Node>::iterator it = find(mList.begin(),
      mList.end(), ptr);
    if(it != mList.end())
    {
      it->mcount--;
      cout<<"del addr:"<<ptr<<" ref:"<<it->mcount<<endl;
      if(it->mcount == 0)
      {
        mList.erase(it);
      }
    }
  }
  //獲取引用計數的
  int getRef(void *ptr)
  {
    list<Node>::iterator it = find(mList.begin(),
      mList.end(), ptr);
    if(it != mList.end())
    {
      return it->mcount;
    }
    return 0;
  }
private:
  CHeapTable(){}
  static CHeapTable mHeapTable;

  struct Node
  {
    Node(void *ptr=NULL):mpaddr(ptr),mcount(1){}
    bool operator==(const Node &src)
    {
      return mpaddr == src.mpaddr;
    }
    void *mpaddr; //標識堆內存資源
    int mcount; //標識資源的引用計數
  };

  list<Node> mList;
};
CHeapTable CHeapTable::mHeapTable;
template<typename T>
class CSmartPtr
{
public:
  CSmartPtr(T *ptr = NULL)
    :mptr(ptr)
  {
    if(mptr != NULL)
    {
      addRef();
    }
  }
  ~CSmartPtr()
  {
    delRef();
    if(0 == getRef())
    {
      delete mptr; 
      mptr = NULL;
    }
  }

  CSmartPtr(const CSmartPtr<T> &src)
    :mptr(src.mptr)
  {
    if(mptr != NULL)
    {
      addRef();
    }
  }

  CSmartPtr<T>& operator=(const CSmartPtr<T> &src)
  {
    if(this == &src)
      return *this;

    delRef();
    if(0 == getRef())
    {
      delete mptr;
      mptr = NULL;
    }

    mptr = src.mptr;
    if(mptr != NULL)
    {
      addRef();
    }
  }
  T& operator*(){return *mptr;}
  const T& operator*()const{return *mptr;}
  T* operator->(){return mptr;}
  const T* operator->()const{return mptr;}

  void addRef(){mHeapTable.addRef(mptr);}
  void delRef(){mHeapTable.delRef(mptr);}
  int getRef(){return mHeapTable.getRef(mptr);}
private:
  T *mptr;
   static CHeapTable &mHeapTable;
};
template<typename T>
CHeapTable& CSmartPtr<T>::mHeapTable = CHeapTable::getInstance();

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