C++智能指针原理与实现

Posted 2022-09-12 白龙码~

文章目录

• 智能指针
• • 1、auto_ptr
  • 2、unique_ptr
  • 3、shared_ptr
  • • shared_ptr的问题

智能指针

智能指针基于RAII技术(Resource Acquisition Is Initialization，即资源获取即初始化，构造时分配资源，析构时释放资源)。

用指针构造智能指针对象，并在对象析构时自动释放指针指向的内存空间。

在智能指针对象中，重载了 * 和 -> 两个操作符，使其具有指针一样的行为。

1、auto_ptr

• 对于拷贝构造，auto_ptr会对拷贝对象的指针进行置空处理，这样就导致拷贝对象不能再被使用；
• 而对于赋值重载，auto_ptr会对被赋值对象的资源进行释放，复制对象的指针也被置空，最终只剩下被复制对象这一份指针。

template<class T>
class auto_ptr

public:
	auto_ptr(T* ptr)
		: _ptr(ptr)
	
	auto_ptr(auto_ptr<T>& ap)
	
		_ptr = ap._ptr;
		ap._ptr = nullptr;
	
	auto_ptr<T>& operator=(auto_ptr<T>& ap)
	
		if (this != &ap)
		
			delete _ptr;
			_ptr = ap._ptr;
			ap._ptr = nullptr;
		
		return *this;
	
	T& operator*()
	
		return *_ptr;
	
	T* operator->()
	
		return _ptr;
	
    ~auto_ptr()
	
		delete _ptr;
	
private:
	T* _ptr;
;

2、unique_ptr

unique_ptr在auto_ptr的基础上直接禁用了拷贝构造和赋值重载(delete)，从而避免了auto_ptr在使用上容易出错的问题，但是没有了这两个函数，对于用户非常不便。

3、shared_ptr

基于写时拷贝技术，通过计数器的加减判断是否需要释放指针指向的空间。

// shared_ptr模拟实现
template <class T>
class shared_ptr

public:
	shared_ptr(T* ptr)
		: _ptr(ptr)
		, _pCount(new int(1))
	

	shared_ptr(const shared_ptr& sp)
	
		_ptr = sp._ptr;
		_pCount = sp._pCount;
		++* _pCount;
	

	shared_ptr<T>& operator=(const shared_ptr<T>& sp)
	
		if (_ptr != sp._ptr)
		
			if (--(*_pCount) == 0)
			
				delete _ptr;
				delete _pCount;
			

			_ptr = sp._ptr;
			_pCount = sp._pCount;
			++* _pCount;
		
		return *this;
	

	~shared_ptr()
	
		if (--(*_pCount) == 0 && _ptr != nullptr)
		
			delete _ptr;
			delete _pCount;
		
	
private:
	T* _ptr;
	int* _pCount; // 计数器指针
;

shared_ptr的问题

1. 计数器是线程安全的，但是利用指针读写依然需要互斥量的参与。
2. shared_ptr在循环引用（比如双链表）时会出现资源泄露的问题。解决办法：weak_ptr
3. C++库中的智能指针默认使用delete进行指针指向空间的释放，但是如果指针是new []或者malloc出来的，那么使用delete就会出现问题。解决办法：在构造智能指针时可以提供删除器Deleter(仿函数)，那么析构函数会自动调用该删除器进行资源回收。

注：weak_ptr拷贝shared_ptr时，不会导致share_ptr的计数器增加，从而解决循环引用的问题。