C++ 智能指针(Smart Pointer)
智能指针具有非常强大的能力，谨慎而明智的选择能带来极大的好处。我不否认智能指针的能力，虽然我在之前的否认过auto_ptr。可能由于我自身能力的限制，体会不到auto_ptr的好处，但这样的可能性我觉得已经不大了。但auto_ptr是最简单的智能指针，在它的周围存在大量的作品，这些作品包括Boost、Loki、ACE等等，但是可惜的是目前没有一个我能够说我很熟悉，那么本篇只是作为一个入门，在此基础上，应当阅读Boost、Loki、ACE相关源码。
Smart Pointer的核心是实现
| template <class T> T& SmartPointer<T>::operator*() const; template <class T> T& SmartPointer<T>::operator->() const; |
Smart Pointer的构造和析构是一门艺术，由此而衍生出很多不同类型的Smart Pointer。千万不要指望Smart Pointer的表现象原生指针，虽然可以通过隐式转换来实现它，然而往往带来的后果是灾难性的。
Meyers给出了一个优雅的隐式转换的办法：
| template<class T> class TestTemplate { public: TestTemplate(T* ptr = 0):pointee(ptr){} template<class newType> operator TestTemplate<newType>() { return TestTemplate<newType>(pointee); } private: T* pointee; }; |
可惜这样的程序在VC6中无法通过编译，似乎VC6不支持将novirtual member function声明成templates，但是VC7可以。这里地方需要注意四点技术：
（1）函数调用的自变量匹配规则
（2）隐式型别转换函数
（3）template functions的暗自具现化
（4）member function templates。我承认，这有点太深入了。
在智能指针中const和non-const之间的转化也是很大的学问，我看了Meyers使用unions来做实现。这不是我喜欢的做法，我觉得风险还是比较大的。
Smart Pointer值得使用么？这不是我可以回答的问题，然而在以往的经验中，我似乎很少用到。也许是我的孤陋造成了这样的局面，但在更深层次来说，我需要阅读更多的Smart Pointer的实现。而且更加重要的是需要学会对Smart Pointer的调试，这似乎并不简单。
主题索引：
一、剖析C++标准库智能指针(std::auto_ptr)
1.Do you Smart Pointer?
2.std::auto_ptr的设计原理
3.std::auto_ptr高级使用指南
4.你是否觉得std::auto_ptr还不够完美?
二、C++条件,寻找构造更强大的智能指针(Smart Pointer)的
策略
1.支持引用记数的多种设计策略
2.支持处理多种资源
3.支持Subclassing
4.支持多线程条件下,线程安全的多种设计策略
5.其它多种特殊要求下,再构造
三、Generic Programming基础技术和Smart Pointer
1.回首处理资源中的Traits技术
2.回首多线程支持的设计
四、COM实现中,Smart Pointer设计原理
五、著名C++库(标准和非标准)中的Smart Pointer现状
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一、剖析C++标准库智能指针(std::auto_ptr)
1.Do you Smart Pointer?
Smart Pointer,中文名：智能指针, 舶来品?
不可否认,资源泄露(resource leak)曾经是C++程序的一大噩梦.垃圾回收
机制(Garbage Collection)一时颇受注目.然而垃圾自动回收机制并不能
满足内存管理的即时性和可视性,往往使高傲的程序设计者感到不自在.
况且,C++实现没有引入这种机制.在探索中,C++程序员创造了锋利的
"Smart Pointer".一定程度上,解决了资源泄露问题.
也许,经常的,你会写这样的代码：
//x拟为class:
// class x{
// public:
// int m_Idata;
// public:
// x(int m_PARAMin):m_Idata(m_PARAMin){}
// void print(){ cout<<m_Idata<<endl; }
// .....
// }
//
void fook(){
x* m_PTRx = new A(m_PARAMin);
m_PTRx->DoSomething(); //#2
delete m_PTRx;
}
是的,这里可能没什么问题.可在复杂、N行、m_PTRclassobj所指对象生命周
期要求较长的情况下,你能保证你不会忘记delete m_PTRclassobj吗?生活中,
我们往往不应该有太多的口头保证,我们需要做些真正有用的东西.还有一个
更敏感的问题：异常.假如在#2方法执行期异常发生,函数执行终止,那么new
出的对象就会泄露.于是,你可能会说：那么就捕获异常来保证安全性好了.
你写这样的程式：
void fook(){
A* m_PTRx = new A(m_PARAMin);
try{
m_PTRx->DoSomething();
}
catch(..){
delete m_PTRx;
throw;
}
delete m_PTRx;
}
哦!天哪!想象一下,你的系统,是否会象专为捕获异常而设计的.
一天,有人给你建议:"用Smart Pointer,那很安全.".你可以这样重写你的程序：
void fook(){
auto_ptr<x> m_SMPTRx(new x(m_PARAMin));
m_SMPTRx->DoSomething();
}
OK!你不太相信.不用delete吗?
是的.不用整天提心吊胆的问自己:"我全部delete了吗?",而且比你的delete
策略更安全.
然后,还有人告诉你,可以这样用呢：
ok1.
auto_ptr<x> m_SMPTR1(new x(m_PARAMin));
auto_ptr<x> m_SMPTR2(m_SMPTR1); //#2
May be you can code #2 like this :
auto_ptr<x> m_SMPTR2;
m_SMPTR2 = m_SMPTR1;
ok2.
auto_ptr<int> m_SMPTR1(new int(32));
ok3.
auto_ptr<int> m_SMPTR1;
m_SMPTR1 = auto_ptr<int>(new int(100));
也可以：
auto_ptr<int> m_SMPTR1(auto_ptr<int>(new int(100)));
ok4.
auto_ptr<x> m_SMPTR1(new x(m_PARAMin));
m_SMPTR1.reset(new x(m_PARAMin1));
ok5.
auto_ptr<x> m_SMPTR1(new x(m_PARAMin));
auto_ptr<x> m_SMPTR2(m_SMPTR.release());
cout<<(*m_SMPTR2).m_Idata<<endl;
ok6.
auto_ptr<int> fook(){
return auto<int>(new int(100));
}
ok7.............and so on
但不可这样用：
no1.
char* chrarray = new char[100];
strcpy(chrarray,"I am programming.");
auto_ptr<char*> m_SMPTRchrptr(chrarray);
//auto_ptr并不可帮你管理数组资源
no2.
vector<auto_ptr<x>> m_VECsmptr;
m_VECsmptr.push_back(auto_ptr<int>(new int(100)));
//auto_ptr并不适合STL内容.
no3.
const auto_ptr<x> m_SMPTR1(new x(100));
auto_ptr<x> m_SMPTR(new x(200));
no4.
x m_OBJx(300);
auto_ptr<x> m_SMPTR(&m_OBJx);
no5
x* m_PTR = new x(100);
auto_ptr<x> m_SMPTR = m_pTR;
no6..........and so on
预先提及所有权的问题,以便下面带着疑问剖析代码?
power1.
auto_ptr<x> m_SMPTR1(new x(100));
auto_ptr<x> m_SMPTR2 = m_SMPTR1;
m_SMPTR2->print();
//输出：100.
m_SMPTR1->print();
//!! 非法的.
power2.
auto_ptr<x> m_SMPTR(new x(100));
auto_ptr<x> returnfun(auto_ptr<x> m_SMPTRin){
return m_SMPTRin;
}
auto_ptr<x> = returnfun(m_SMPTR); //#5
//在上面的#5中,我要告诉你对象所有权转移了两次.
//什么叫对象所有权呢?
2. std::auto_ptr的设计原理
上面的一片正确用法,它们在干些什么?
一片非法,它们犯了什么罪?
一片什么所有权转移,它的内部机智是什么?
哦!一头雾水?下面我们就来剖析其实现机制.
基础知识：
a.智能指针的关键技术：在于构造栈上对象的生命期控制
堆上构造的对象的生命期.因为在智能指针的内部,存储
着堆对象的指针,而且在构析函数中调用delete行为.
大致机构如下：
x* m_PTRx = new x(100);//#1
template<typename T>
auto_ptr{
private:
T* m_PTR;//维护指向堆对象的指针,在auto_ptr定位后
.... //它应该指向#1构造的对象,即拥有所有权.
~auto(){ delete m_PTR; }
....
}
b.所有权转移之说
上面曾有一非法的程式片段如下：
auto_ptr<x> m_SMPTR1(new x(100));
auto_ptr<x> m_SMPTR2 = m_SMPTR1;
m_SMPTR2->print();
//输出：100.
m_SMPTR1->print();
//!! 非法的.
按常理来说,m_SMPTR->print();怎么是非法的呢?
那是因为本来,m_SMPTR1维护指向new x(100)的指针,
可是m_SMPTR2 = m_SMPTR1;auto_ptr内部机制使得m_SMPTR1将对象的地址
传给m_SMPTR2,而将自己的对象指针置为0.
那么自然m_SMPTR->print();失败.
这里程序设计者要负明显的职责的.
那么auto_ptr为什么采取这样的策略：保证所有权的单一性.
亦保证了系统安全性.
如果多个有全权的auto_ptr维护一个对象,那么在你消除一个
auto_ptr时,将导致多个auto_ptr的潜在危险.
下面我们以SGI-STL的auto_ptr设计为样本(去掉了无关分析的宏),来剖析其原理.
#1 template <class _Tp> class auto_ptr {
#2 private:
#3 _Tp* _M_ptr; //定义将维护堆对象的指针
#4 public:
#5 typedef _Tp element_type; //相关类型定义
#6 explicit auto_ptr(_Tp* __p = 0) __STL_NOTHROW : _M_ptr(__p) {}
#7 auto_ptr(auto_ptr& __a) __STL_NOTHROW : _M_ptr(__a.release()) {}
#8 template <class _Tp1> auto_ptr(auto_ptr<_Tp1>& __a) __STL_NOTHROW
: _M_ptr(__a.release()) {}
//#6、#7、#8是auto_ptr构造函数的三个版本.
//#6注释：传入对象的指针,构造auto_ptr.explicit关键字:禁止隐式转换.
// 这就是ok2正确,而no5(隐式转换)错误的原因.
//#7注释：拷贝构造函数.
// 传入auto_ptr实例,构造auto_ptr. ok1、ok3使用了这个构造式.
// 它是一个很关键的构造函数,在具体情况下,我们再分析
//#8注释：auto_ptr的模板成员,可在继承对象重载的基础上,实现特殊功能.
//
// 举例：
// class A{ public:
// virtual void fook(){cout<<"I am programming"<<endl;
// /*..........*/ };
// class B : public A {
// virtual void fook(){ cout<<"I am working"<<endl;
// /*...........*/ };
// auto_ptr<A> m_SMPTRa(new A(33));//实质：
// auto_ptr<B> m_SMPTRb(m_SMPTRa); //基类的指针可以赋给派生类的指针
//
// auto_ptr<B> m_SMPTRb(new B(44));//实质：
// auto_ptr<A> m_SMPTRa(m_SMPTRb); //派生类的指针不可赋给基类的指针
//
// auto_ptr<A> m_SMPTRa(new B(33)); // ok!
// m_SMPTRa->fook()将调用派生类B的fook()
// m_SMPTRa->A::fook()将调用基类A的fook()
//
// auto_ptr<B> m_SMPTRb(new A(33)); // wrong!
//
//
#9 auto_ptr& operator=(auto_ptr& __a) __STL_NOTHROW {
#10 if (&__a != this) { delete _M_ptr; _M_ptr = __a.release(); }
#11 return *this;
#12 }
#13 template <class _Tp1>
#14 auto_ptr& operator=(auto_ptr<_Tp1>& __a) __STL_NOTHROW {
#15 if (__a.get() != this->get()) { delete _M_ptr; _M_ptr = __a.release(); }
#16 return *this;
#16 }
//
// #9~~#16 两个版本的指派函数.
// delete _M_ptr; 在指派前,销毁原维护的对象.
// _a.release() ; release操作,详细代码参见#20~~#23.
// 用于*this获得被指派对象,
// 且将原维护auto_ptr置空.
// no3使用了第一种指派.
// 而权限转移正是_a.release()的结果.
#17 ~auto_ptr() __STL_NOTHROW { delete _M_ptr; }
//构析函数.消除对象.注意这里对对象的要求!
#17 _Tp& operator*() const __STL_NOTHROW { return *_M_ptr; }
#18 _Tp* operator->() const __STL_NOTHROW { return _M_ptr; }
#19 _Tp* get() const __STL_NOTHROW { return _M_ptr; }
//
// 操作符重载.
// #17注释：提领操作(dereference),获得对象. 见ok5用法.
// #18注释：成员运算符重载,返回对象指针.
// #19注释：普通成员函数.作用同于重载->运算符
//
#20 _Tp* release() __STL_NOTHROW {
#21 _Tp* __tmp = _M_ptr;
#22 _M_ptr = 0;
#23 return __tmp; }
//上面已经详解
#24 void reset(_Tp* __p = 0) __STL_NOTHROW {
#25 delete _M_ptr;
#26 _M_ptr = __p; }
//
//传入对象指针,改变auto_ptr维护的对象
// 且迫使auto_ptr消除原来维护的对象
// 见ok3用法.
// According to the C++ standard, these conversions are required. Most
// present-day compilers, however, do not enforce that requirement---and,
// in fact, most present-day compilers do not support the language
// features that these conversions rely on.
//下面这片段用于类型转化,目前没有任何编译器支持
//具体技术细节不诉.
#ifdef __SGI_STL_USE_AUTO_PTR_CONVERSIONS
#27 private:
#28 template<class _Tp1>
#29 struct auto_ptr_ref { _Tp1* _M_ptr; auto_ptr_ref(_Tp1* __p) : _M_ptr(__p) {}
};
#30 public:
#31 auto_ptr(auto_ptr_ref<_Tp> __ref) __STL_NOTHROW
: _M_ptr(__ref._M_ptr) {}
#32 template <class _Tp1>
#33 operator auto_ptr_ref<_Tp1>() __STL_NOTHROW
#34 { return auto_ptr_ref<_Tp>(this->release()); }
#35 template <class _Tp1> operator auto_ptr<_Tp1>() __STL_NOTHROW
#36 { return auto_ptr<_Tp1>(this->release()); }
#37 #endif /* __SGI_STL_USE_AUTO_PTR_CONVERSIONS */
#38 };
OK!就是这样了.
正如上面原理介绍处叙说,
你需要正视两大特性：
1.构造栈对象的生命期控制堆上构造的对象的生命期
2.通过release来保证auto_ptr对对象的独权.
在我们对源码分析的基础上,重点看看：
no系列错误在何处?
no1.
我们看到构析函数template<class _Tp>
~auto_ptr() _STL_NOTHROW
{ delete _M_ptr; }
所以它不能维护数组,
维护数组需要操作：delete[] _M_ptr;
no2.
先提部分vector和auto_ptr代码：
a.提auto_ptr代码
auto_ptr(auto_ptr& __a) __STL_NOTHROW : _M_ptr(__a.release()) {}
b.提vector代码
Part1:
void push_back(const _Tp& __x) {
if (_M_finish != _M_end_of_storage) {
construct(_M_finish, __x);
++_M_finish;
}
else
_M_insert_aux(end(), __x);
}
Part2:
template <class _T1, class _T2>
inline void construct(_T1* __p,
//++++++++++++++++++++++++++++++++
// const _T2& __value) { +
//++++++++++++++++++++++++++++++++
// new (__p) _T1(__value); +
//++++++++++++++++++++++++++++++++
}
Part3.
template <class _Tp, class _Alloc>
void
vector<_Tp, _Alloc>::_M_insert_aux
(iterator __position,
//++++++++++++++++++++++++++++++++
// const _Tp& __x) ++
//++++++++++++++++++++++++++++++++
{
if (_M_finish != _M_end_of_storage) {
construct(_M_finish, *(_M_finish - 1));
++_M_finish;
//++++++++++++++++++++++++++++++++
// _Tp __x_copy = __x; +
//++++++++++++++++++++++++++++++++
copy_backward(__position, _M_finish - 2, _M_finish - 1);
*__position = __x_copy;
}
else {
const size_type __old_size = size();
const size_type __len = __old_size != 0 ? 2 * __old_size : 1;
iterator __new_start = _M_allocate(__len);
iterator __new_finish = __new_start;
__STL_TRY {
__new_finish = uninitialized_copy
(_M_start, __position, __new_start);
construct(__new_finish, __x);
++__new_finish;
__new_finish = uninitialized_copy
(__position, _M_finish, __new_finish);
}
__STL_UNWIND((destroy(__new_start,__new_finish),
_M_deallocate(__new_start,__len)));
destroy(begin(), end());
_M_deallocate(_M_start, _M_end_of_storage - _M_start);
_M_start = __new_start;
_M_finish = __new_finish;
_M_end_of_storage = __new_start + __len;
}
}
从提取的vector代码,Part1可看出,push_back的操作行为.
兵分两路,可是再向下看,你会发现,无一例外,都
通过const _Tp& 进行拷贝行为,那么从auto_ptr提出的片段就
派上用场了.
可你知道的,auto_ptr总是坚持对对象的独权.那必须修改
原来维护的对象,而vector行为要求const _Tp&,这样自然会产生
问题.一般编译器是可以发觉这种错误的.
其实,STL所有的容器类都采用const _Tp&策略.
//+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
+ 看了sutter和Josuttis的两篇文章中,都提及： +
+ STL容器不支持auto_ptr原因在于copy的对象只是获得所有权的对象, +
+ 这种对象不符合STL的要求.可是本人总感觉即时不是真正的复制对象,+
+ 但我用vector<auto_ptr<x> >的目的就在于维护对象,并不在乎 +
+ 所谓的完全对象.而且我用自己写的Smart Pointer配合STL容器工作, +
+ 很正常.那需要注意的仅仅是const问题. +
+ +
//++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
no3.
这个也是auto_ptr隐含的所有权问题引起的.
const auto_ptr不允许修改.
随便提及：const对象不代表对象一点不可以改变.
在两种const语义下,都有方法修改对象或对象内部指针维护的对象
或其它资源.
no4.
再看auto_ptr的构析函数.
delete不可以消除栈上资源.
no5.
依赖传入对象指针的构造函数被声明为explicit,禁止隐式转换.
3.auto_ptr高级使用指南
a.类成员auto_ptr,禁止构造函数以构建"完全对象"
Programme1:
struct Structx{
int m_Idata;
char m_CHRdata;
/* and so on */
};
出于对象编程的理念,
我们将Structx打造成包裹类：
class StructWrapper{
private:
Structx* m_STRTxptr;
public:
StructWrapper():m_STRTxptr(new Structx){}
~StructWrapper(){delete m_SMRTxptr; }
public:
void Soperator1(){ /* 针对Structx对象的特性操作 */}
void Soperator2(){ /* 针对Structx对象的特性操作 */}
/* and so on */
};
Programme2:
class StructWrapper{
private:
auto_ptr<Structx> m_SMPTRx;
public:
StructWrapper():m_SMPTRAx(new Structx){}
public:
void Soperator1(){ /* 针对Structx对象的特性操作 */}
void Soperator2(){ /* 针对Structx对象的特性操作 */}
/* and so on */
};
Programme3:
StructWrapper::StructWrapper(const StructWrapper& other)
: M_SMPTRx(new Struct(*other.m_SMPTRx)) { }
StructWrapper& StructWrapper::operator=(const StructWrapper &other){
*m_SMPTRx = *other.m_SMPTRx;
};
处于对构建于堆中的对象(new Structx)智能维护的需要.
我们将programme1改造为programme2：
不错,对象是可以智能维护了.
对于包裹类(StructWrapper)你是否会有这样的构造或指派操作：
StructWrapper m_SMPTRWrapper2(m_SMPTRWrapper1);
StructWrapper mSMPTRWrapper2 = m_SMPTRWrapper1;
那么请注意：
当你坦然的来一个：M_SMPTRWrapper1->Soperator1();的时候,
系统崩溃了.
不必惊讶,所有权还是所有权问题.
问一下自己：当programme2默认拷贝构造函数作用时,又调用了auto_ptr的
默认构造函数,那么auto_ptr所有的默认行为都遵循独权策略.对,就这样.
m_SMPTRWrapper1的对象所有权转移给了m_SMPTRWrapper2.
M_SMPTRWrapper1->Soperator1();那么操作变成了在NULL上的.
哦!系统不崩溃才怪.
那么你需要想,programme3那样利用auto_ptr的提领操作符自己的
构造"完全对象".
b.利用const关键字,防止不经意的权限转移
从上面的叙述,你可看出,所有权转移到处可以酿成大祸.
而对于一般应用来说,独权又是很好的安全性策略.
那么我们就用const来修饰auto_ptr,禁止不经意的错误.
当然上面提及：并不代表auto_ptr是不可修改的.
处于需要,从两种const语义,你都可实现修改.
然,你还希望在函数传入传出auto_ptr那么你可传递auto_ptr的引用,
那就万无一失了: void fook(const auto_ptr<x>& m_PARAMin);
在返回后赋予其它时,使用引用是不行的.你得用指针.
因为引用无论作为lvalue还是rvaluev,都会调用构造或指派函数.
4.你是否觉得std::auto_ptr还不够完美
在实践中,std::auto_ptr能满足你的需求吗?
Andrei Alexandrescu在一篇文章中,提及：有关Smart Pointer的技术就像
巫术.Smart Pointer作为C++垃圾回收机制的核心,它必须足够强大的、具有工业强度和安全性.
但为了可一劳永逸我们还需要披荆斩棘继续探索.
下面在需求层面上,我们思索一下我们的智能指针还需要些什么?
a. std::auto_ptr 能够处理数组吗?我们可以用智能指针来管理其它的资源吗?
譬如一个线程句柄、一个文件句柄 and so on !
b. 对于我们的对象真的永远实行独权政策吗?
c. Our 智能指针还需要在继承和虚拟层面上发挥威力 !
d. 往往,需要扩展Our 智能指针的功能成员函数来满足动态的需要 !
e. 也许,你需要的还很多.
二、C++条件,寻找构造更强大的智能指针(SmartPointer)的策略
1.支持引用记数的多种设计策略
你听说过COM和它著名的IUnknown接口吧?
IUnknown是干什么的?我要告诉你,IUnknown接口三个函数签名中,
两个是用来管理对象(CoClass Object,组件类对象)的记数来控制
它的生命周期的.
在实践中,我们的对象并不是只用一次,只允许一个引用的.
那么,谁来管理它的生命周期呢?
我们的策略是：引用记数. 当对象的引用记数为零时,就销毁对象.
在没有托管环境的情况下,事实上,销毁对象的往往还是auto_ptr.
而COM中,销毁对象的是对象自己.
事实上,它和我们的智能指针不是一个级别上的概念.
我们的智能指针负责的是对象级的引用.而COM是以接口引用为
核心的.保证接口操作时,接口引用记数的自动管理.
哦!是的!那么我们怎样给auto_ptr加上对象引用记数的功能?
策略1:
一个对象对应一个引用记数对象.
智能指针以记数对象为代理.
想象,这又归到经典的"添加中间层"解决方案上了.
# 核心一：
我们添加一个 "引用记数class".
它的职责有二：
a.维护对象的引用记数.
b.维护对象的指针.
结构示意如下：
template<class T>
class ObjRefCounted{
private:
T* m_OBJ_Delegate_Ptr;
unsigned int m_UIcounted;
public:
explicit ObjRefCounted(T* m_Paramin = 0):
m_UIcounted(1), m_OBJ_Delegate_Ptr(m_Paramin){};
template<class M> ObjRefCounted(ObjRefCounted<M>& x) {
m_OBJ_Delegate_Ptr = x.m_OBJ_Delegate_Ptr); };
ObjRefCounted(const ObjRefCounted& x):m_UIcounted
(x.m_UIcounted), m_OBJ_Delegate_Ptr(x.m_ObjDelegate_Ptr){};
~ObjRefCounted();
void ReleaseRef ();
void AddRef ();
T* GetRealPointer () const;
};
# 核心二
在智能指针中维护一个引用记数class的指针
template<class T>
class SmartPointer{
public:
ObjRefCounted* _m_ObjRefCounted;
.....
.....
};
通过上面的两个策略,我们就可以在智能指针构造时,为之付上一个
引用记数对象.这个对象负责托管Smart Pointer原本应该维护
的对象指针.并且负责最终消除对象.
在Smart Pointer中,我们将会涉及大量的_m_ObjRefCounted的操作.
下面简叙一过程,详细不诉,自己设计之.
譬如：当你将一个对象指针赋给Smart Pointer将构建一辅助的
引用记数托管对象,此时m_UIcounted为1,m_OBJ_Delegate_Ptr被赋
以对象指针,假如现在我又将Smart Pointer 赋给另一SmartPointer2
, 那么SmartPointer2调用_m_ObjRefCounted->ReleaseRef();
减少原来维护的对象的记数,将自己的_m_ObjRefCounted置为
SmartPointer2依附的记数对象,再调用_m_ObjRefCounted->AddRef();
OK!就是这样的.
策略2.
在每一个智能指针内部维护一个对象指针和一个引用记数值的
的指针.
这里的重点在于维护一个引用记数值的指针,
它使得Smart Pointer之间保持一致的记数值成为可能.
结构示意如下：
template<class T>
class SmartPointer{
private:
T* m_ObjPtr;
unsigned int* RefCounted;
public:
explicit SmartPoint(T* PARAMin = 0) : m_ObjPtr(PARAMin),
RefCounted(new int(1)) { }
SmartPoint(const SmartPoint<T>& PARAMin2):
m_ObjPtr(PARAMin2.m_ObjPtr),
RefCounted(PARAMin2.RefCounted) { ++*RefCounted; }
....
...
};
不过这个方法的扩展性很差.
因为引用记数功能结合到Smart Pointer中去了.
一般不会用这种方法.
以上面的两种策略为基础,根据实际情况,可设计出更多的记数方法.
2.利用Traits(Partial Specialization)技术,
支持处理多种资源
在no1中,我们提到不可让auto_ptr管理数组,那是因为
auto_ptr构析函数中调用的是delete的缘故.
数组不可,其它的如,文件句柄、线程句柄等当然更不可以了.
下面我们就这个问题来探讨：
策略1.
通过函数指针来支持多种资源的处理.
我们的智能指针将设计成具有两个参数的模板类.
第一个参数指示：资源的类型
第二个参数指示：处理资源的函数类型
结构示意如下：
typedef void FreeResourceFunction(void* p);
void DealSingleObject(void* p);
void DealArray(void* p);
void DealFile(void* p);
//
// 针对特殊的资源加入函数指针声明
//
template<class Type , class DealFunction = DealSingleObject>
class SmartPointer{
public:
~SmartPointer(){ DealFunction(); }
...
...
/* Other codes */
};
inline void DealSingle(void* p)
{
if(p) delete p;
}
inline void DealArray(void* p){
if(p) delete[] p;
}
inline void DealFile(void* p){
if(p) p->close();
}
//
//针对特殊资源加入处理函数
//
oK!但是我们在使用这个策略的时候,一定要注意,
传递进的指针不能是错误的,这个你必须保证.
当然对上面的结构示意再改造,使之具有更强的
辨错能力也是可取的.
3.支持Subclassing
关于智能指针中的Subclassing,是什么?
我们先来看一程式片段：
class BaseClass {};
class Derived : public BaseClass {};
auto_ptr<Derived> m_Derived;
auto_ptr<Base> m_Base;
auto_ptr<Derived> pDerived = new Derived;
m_Base = pDerived;
//
//m_Derived = (PDerived&)m_Base; //#1
//
看到上面的#1没有,你认为在auto_ptr中,
它或者同等语义的行为可以执行?
不可以.为什么?
它本质上,相当与这样的操作：
BaseClass* m_BaseClass;
m_BaseClass = new DerivedClass(inParam);
这显然是非法的.
在上面我们曾经,auto_ptr对具有虚拟特性的类,
也能体现出虚拟性.
然而那并不能访问继承的数据,实现的不是真正意义
上的SubClassing.
那么,我们这样来实现这样的功能.
策略1.
在上述引用记数部分叙述的SmartPoint中,我们作如下的操作：
template <class U> SmartPointer& operator = (const SmartPointer<U>& that)
{
if (m_pRep ! = reinterpret_cast<RefCountRep<T>* > (that.m_pRep))
{
ReleaseRef ();
m_pRep = reinterpret_cast<RefCountRep<T>* > (that.m_pRep);
AddRef ();
}
return *this;
}
};
不错,reinterpret_cast,就是它帮我们解决了问题.
策略2.
关于第二种方法,这里不再详细叙说.
它涉及太多的细节,峰回路转的很难说清.
大体上,它是利用引用记数对象中维护的对象指针为void*
而在具体的调用是通过static_cast或reinterpret_cast转化.
总之,所谓的SubClassing技术离不开转化.
4.支持多线程条件下,线程安全的多种设计策略
对于标准C++,多线程问题并不很受关注.
原因在于目前,标准库并不支持多线程.
策略1：
首先我们想到：对数据进行访问同步.
那么,我们有两种方案：
a. 建立一个临界区对象.将对象的执行传递给临界区对象.
以保证安全.
b.利用临时对象来完成任务,将临界的责任留给被作用对象.
下面分析第二种的做法：
programme1:
class Widget
{
...
void Lock(); //进入临界区
void Unlock(); //退出临界区
};
programme2:
template <class T>
class LockingProxy
{
public:
LockingProxy(T* pObj) : pointee_ (pObj)
{ pointee_->Lock(); }
// 在临时对象构造是就锁定
// weight对象(临界区).
~LockingProxy() { pointee_->Unlock(); }
//
// 在临时对象销毁时,退出临界区.
//
T* operator->() const
{ return pointee_; }
//
// 这里重载->运算符.将对临时对象的方法执行
// 请求转交给weight对象
//
private:
LockingProxy& operator=(const LockingProxy&);
T* pointee_;
};
programme3:
template <class T>
class SmartPtr
{
...
LockingProxy<T> operator->() const
{ return LockingProxy<T>(pointee_); }
//
// 核心就在这里：产生临时对象
// LockingProxy<T>(pointee_)
private: sT* pointee_;
};
Programme4.
SmartPtr<Widget> sp = ...;
sp->DoSomething(); //##1
下面,我们模拟一下,执行的过程.
##1执行时,构建了临时对象LockingProxy<T>(pointee_)
此对象在构造期间就锁定Weight对象,并将DoSomethin()
方法传递给weight对象执行,在方法执行完,临时对象消失,
构析函数退出临界区.
4.其它特殊要求下的再构造
a.回首当年,你是否觉的
auto_ptr<x> m_SMPTR = new x(100);
居然通不过.不爽!
No problem !
auto_ptr(T* m_PARAMin = 0) shrow() : m_Tp(m_PARAMin){}
解决问题.
b. Consider it:
void fook(x* m_PARAMin){};
可是我只有auto_ptr<x> m_SMPTR;
No problem !
T* operator T*(auto_ptr<T>& m_PARAMin) throw ()
{ return m_Tp; }
fook(m_SMPTR); // ok ! now
c.事实上,你可以根据自己的需要.
重载更多或加入功能成员函数.