c++智能指针

智能指针的使用及原理

 

RAII （ Resource Acquisition Is Initialization ）是一种 利用对象生命周期来控制程序资源 （如内存、文件句

柄、网络连接、互斥量等等）的简单技术。

在对象构造时获取资源 ，接着控制对资源的访问使之在对象的生命周期内始终保持有效， 最后在对象析构的

时候释放资源 。借此，我们实际上把管理一份资源的责任托管给了一个对象。这种做法有两大好处：

不需要显式地释放资源。

采用这种方式，对象所需的资源在其生命期内始终保持有效。

 

总结：

1. RAII 特性

2. 重载 operator* 和 opertaor->

 

 

auto_ptr的实现原理：管理权转移的思想

template
class AutoPtr
{
public:
	AutoPtr(T* ptr = NULL)
		: _ptr(ptr)
	{}
	~AutoPtr()
	{
		if (_ptr)
			delete _ptr;
	}
	// 一旦发生拷贝，就将ap中资源转移到当前对象中，然后另ap与其所管理资源断开联系，
	// 这样就解决了一块空间被多个对象使用而造成程序奔溃问题
	AutoPtr(AutoPtr& ap)
		: _ptr(ap._ptr)
	{
		ap._ptr = NULL;
	}
	AutoPtr& operator=(AutoPtr& ap)
	{
		// 检测是否为自己给自己赋值
		if (this != &ap)
		{
			// 释放当前对象中资源
			if (_ptr)
				delete _ptr;
			// 转移ap中资源到当前对象中
			_ptr = ap._ptr;
			ap._ptr = NULL;
		}
		return *this;
	}
	T& operator*() { return *_ptr; }

	T* operator->() { return _ptr; }
private: T* _ptr;
};

unique_ptr的实现原理：简单粗暴防止拷贝

template
class UniquePtr
{
public:
	UniquePtr(T * ptr = nullptr)
		: _ptr(ptr)
	{}
	~UniquePtr()
	{
		if (_ptr)
			delete _ptr;
	}
	T& operator*() { return *_ptr; }
	T* operator->() { return _ptr; }

private:
	// C++98防拷贝的方式：只声明不实现+声明成私有
	UniquePtr(UniquePtr const &);
	UniquePtr & operator=(UniquePtr const &);
	// C++11防拷贝的方式：delete
	UniquePtr(UniquePtr const &) = delete;
	UniquePtr & operator=(UniquePtr const &) = delete;
private: T * _ptr;
};

shared_ptr的原理：是通过引用计数的方式来实现多个shared_ptr对象之间共享资源。

 

1. shared_ptr在其内部，给每个资源都维护了着一份计数，用来记录该份资源被几个对象共享。

2. 在对象被销毁时(也就是析构函数调用)，就说明自己不使用该资源了，对象的引用计数减一。

3. 如果引用计数是0，就说明自己是最后一个使用该资源的对象，必须释放该资源；

4. 如果不是0，就说明除了自己还有其他对象在使用该份资源，不能释放该资源，否则其他对象就成野指

针了。

 

// sharedPtr

#include 
#include
using namespace std;
template 
class SharedPtr
{
public:
	SharedPtr(T* ptr = nullptr)
		
		: _ptr(ptr)
		, _pRefCount(new int(1))
		, _pMutex(new mutex)
	{}

	~SharedPtr() 
	{ 
		Release(); 
	}
	SharedPtr(const SharedPtr& sp)
		: _ptr(sp._ptr)
		, _pRefCount(sp._pRefCount)
		, _pMutex(sp._pMutex)
	{
		AddRefCount();
	}
	// sp1 = sp2
	SharedPtr& operator=(const SharedPtr& sp)
	{
		//if (this != &sp)
		if (_ptr != sp._ptr)
		{
			// 释放管理的旧资源
			Release();
			// 共享管理新对象的资源，并增加引用计数
			_ptr = sp._ptr;
			_pRefCount = sp._pRefCount;
			_pMutex = sp._pMutex;
			AddRefCount();
		}
		return *this;
	}
	T& operator*() { return *_ptr; }
	T* operator->() { return _ptr; }
	int UseCount() { return *_pRefCount; }
	T* Get() { return _ptr; }
	void AddRefCount()
	{
		// 加锁或者使用加1的原子操作
		_pMutex->lock();
		++(*_pRefCount);
		_pMutex->unlock();
	}
private:
	void Release()
	{
		bool deleteflag = false;
		
			// 引用计数减1，如果减到0，则释放资源
			_pMutex->lock();
		if (--(*_pRefCount) == 0)
		{
			delete _ptr;
			delete _pRefCount;
			deleteflag = true;
		}
		_pMutex->unlock();
		if (deleteflag == true)
			delete _pMutex;
	}
private:
	int* _pRefCount; // 引用计数
	T* _ptr; // 指向管理资源的指针
	mutex* _pMutex; // 互斥锁
};
int main()
{
	SharedPtr sp1(new int(10));
	SharedPtr sp2(sp1);
	*sp2 = 20;
	cout << sp1.UseCount() << endl;
	cout << sp2.UseCount() << endl;
	SharedPtr sp3(new int(10));
	sp2 = sp3;
	cout << sp1.UseCount() << endl;
	cout << sp2.UseCount() << endl;
	cout << sp3.UseCount() << endl;
	sp1 = sp3;
	cout << sp1.UseCount() << endl;
	cout << sp2.UseCount() << endl;
	cout << sp3.UseCount() << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

std::shared_ptr 的线程安全问题

通过下面的程序我们来测试 shared_ptr 的线程安全问题。需要注意的是 shared_ptr 的线程安全分为两方面：

1. 智能指针对象中引用计数是多个智能指针对象共享的，两个线程中智能指针的引用计数同时 ++ 或 -- ，这

个操作不是原子的，引用计数原来是 1 ， ++ 了两次，可能还是 2. 这样引用计数就错乱了。会导致资源未

释放或者程序崩溃的问题。所以只能指针中引用计数 ++ 、 -- 是需要加锁的，也就是说引用计数的操作是

线程安全的。

2. 智能指针管理的对象存放在堆上，两个线程中同时去访问，会导致线程安全问题。