C++ 智能指针 auto_ptr 和 shared_ptr

首先,如果你不知道什么是智能指针,请先移步:

C++智能指针简单剖析

1.auto_ptr

#ifndef AUTO_PTR_H
#define AUTO_PTR_H

template<typename T>
class auto_ptr
{
    public :
        //使用explicit关键字避免隐式转换
        explicit auto_ptr(T* p=0);
        ~auto_ptr();

        //使用另一个类型兼容的auto_ptr来初始化一个新的auto_ptr
        template<typename U>
        auto_ptr(auto_ptr<U>& rhs);

        template<typename U>
        auto_ptr<T>& operator=(auto_ptr<U>& rhs);

        T& operator*() const;
        T* operator->() const;

        //返回原始对象的指针
        T* get() const;
        //放弃指针的所有权
        T* release();
        //删除原有指针并获得指针p的所有权
        void reset(T* p=0);

    private:
        T* pointee;
};

template<typename T>
auto_ptr<T>::auto_ptr(T* p)
    :pointee(p)
{}

template<typename T>
auto_ptr<T>::~auto_ptr()
{
    delete pointee; //如果所有权被转移了,我们会将指针置0,delete空指针不会发生任何事
}

template<typename T>
    template<typename U>
auto_ptr<T>::auto_ptr(auto_ptr<U>& rhs)
    :pointee(rhs.release()) //转交所有权,即rhs将所有权转交给this,并将自身指针置0
{}

template<typename T>
template<typename U>
auto_ptr<T>& auto_ptr<T>::operator=(auto_ptr<U>& rhs)
{
    if(this!=&rhs)
        reset(rhs.release());
    return *this;
}

template<typename T>
T& auto_ptr<T>::operator*() const
{
    return *pointee;
}

template<typename T>
T* auto_ptr<T>::operator->() const
{
    return pointee;
}

template<typename T>
T* auto_ptr<T>::get() const
{
    return pointee;
}

template<typename T>
T* auto_ptr<T>::release()
{
    T* oldpointee=pointee;
    pointee=0; //置NULL
    return oldpointee; //交出所有权
}

template<typename T>
void auto_ptr<T>::reset(T* p)
{
    if(pointee!=p)
    {
        delete pointee; //删除原有的
        pointee=p; //设置新的
    }
}

#endif

2.shared_ptr

实现原理:

当多个shared_ptr管理同一个指针,仅当最后一个shared_ptr析构时,指针才被delete。为实现这一点,我们需要一个引用计数(reference counting)。引用计数指的是,所有管理同一个裸指针(raw pointer)的shared_ptr,都共享一个引用计数器,每当一个shared_ptr被赋值(或拷贝构造)给其它shared_ptr时,这个共享的引用计数器就加1,当一个shared_ptr析构或者被用于管理其它裸指针时,这个引用计数器就减1,如果此时发现引用计数器为0,那么说明它是管理这个指针的最后一个shared_ptr了,于是我们释放指针指向的资源。

在底层实现中,这个引用计数器保存在某个内部类型里(这个类型中还包含了deleter,它控制了指针的释放策略,默认情况下就是普通的delete操作),而这个内部类型对象在shared_ptr第一次构造时以指针的形式保存在shared_ptr中。shared_ptr在赋值和拷贝构造另一个shared_ptr时,这个指针被另一个shared_ptr共享。在引用计数归零时,这个内部类型指针与shared_ptr管理的资源一起被释放。此外,为了保证线程安全性,引用计数器的加1,减1操作都是原子操作,它保证shared_ptr由多个线程共享时不会出问题。

下面看看一个例子:

shared_ptr 是引用计数型(reference counting)智能指针,它在堆(heap)上放了个计数值(count)。shared_ptr 包含两个成员,一个是指向 Foo 的指针 ptr,另一个是 ref_count 指针(不一定是原始指针,有可能是 class 类型),指向堆上的 ref_count 对象。ref_count 对象有多个成员,具体的数据结构如图所示,其中 use_count为我们所说的计数,deleter 和 allocator 是可选的。

shared_ptr安全级别:

  • 一个 shared_ptr 对象实体可被多个线程同时读取;

  • 两个 shared_ptr 对象实体可以被两个线程同时写入,“析构”算写操作;

  • 如果要从多个线程读写同一个 shared_ptr 对象,那么需要加锁。

具体的代码实现这里不涉及,有兴趣的朋友可以去看一看boost的实现~

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