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  • C++智能指针的设计和实现

    一、智能指针

    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,从而实现指针指向的对象的共享。
    智能指针(smart pointer)的一种通用实现技术是使用引用计数(reference count)。智能指针类将一个计数器与类指向的对象相关联,引用计数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;调用 析构函数 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:

    _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:



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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/dyllove98/p/3138862.html
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