C++实现智能指针(一)

参考自《C5-C++ Primer》和实验楼相关实验。

一. 智能指针概念

智能指针的引入：

C++中，通过new/delete这对运算符进行动态内存的管理。动态内存使用很容易出问题，因为确保在正确时间释放内存是很困难的。有时忘记释放内存，产生内存泄漏；有时在指针还引用内存时就释放了它，产生引用非法内存的指针。因此，为了更容易和安全地使用动态内存，C++11提供了智能指针(smart pointer)类型来管理动态对象。

智能指针的使用：

所谓的智能指针，首先它是一个指针，所以能指向内存资源；然后它区别于一般的指针，它是智能的，而所谓的智能是指它：1.能够自动的帮你释放内存，2.还能够知道什么时候释放内存才是安全的。

标准提供两种智能指针：shared_ptr允许多个指针指向同一个对象；unique_ptr独占所指对象；weak_ptr指向shared_ptr所管理的对象。本实验主要实现shared_ptr的功能。

智能指针的实现原理：

C++中智能指针的实现主要依赖于两个技术概念：
1. 析构函数，对象被销毁时会被调用的一个函数，对于基于栈的对象而言，如果对象离开其作用域则对象会被自动销毁，而此时析构函数也自动会被调用。

2. 引用计数技术，维护一个计数器用于追踪资源(如内存)的被引用数，当资源被引用时，计数器值加1，当资源被解引用时，计算器值减1。

智能指针的大致实现原理就是在析构函数中，检查所引用对象的引用计数，如果引用计数为0，则真正释放该对象内存。

二. 实现版本v1

定义智能指针类
创建构造函数：具备默认构造函数；指定类型构造函数
定义为模板类
析构函数：释放内存

实现智能指针：头文件 smartpointer.h

/* 
* file name : smartpointer.h
* desp : 智能指针版本v1
*/
#ifndef __SMARTPOINTER_H__
#define __SMARTPOINTER_H__

template <typename T>  // 将智能指针类定义成模板类
class SmartPointer {
public:
    // 默认构造函数
    SmartPointer():mPointer(NULL) {std::cout <<"create unknown smart pointer."<< std::endl;}    
    // 接收不同指针类型的构造函数
    SmartPointer(T *p):mPointer(p) {std::cout <<"create smart pointer at "<<static_cast<const void*>(p)<<std::endl;}     
    // 析构函数
    ~SmartPointer(){
        std::cout << "release smart pointer at "<<static_cast<const void*>(mPointer)<<std::endl;
        // 实现内存资源自动销毁机制
        if (mPointer) delete mPointer;
    }
private:
    T *mPointer; // 指向智能指针实际对应的内存资源，根据参数自动推导规则，定义内部资源指针类型
};
#endif // __SMARTPOINTER_H__

测试智能指针：测试文件 sptestcase1.cpp

/* 
* file name : sptestcase1.cpp
* desp : 智能指针测试代码 case1 测试智能指针的创建与销毁
*/

#include <iostream>
#include "smartpointer.h"
class SomeClass{
public:
    SomeClass(){std::cout << "SomeClass default constructor !"<<std::endl;}
};

void testcase1()
{
    // 创建一个不知所指的智能指针
    SmartPointer<char> spunknown;
    // 创建空智能指针
    SmartPointer<char> spnull = NULL;
    // 创建指向具体类的智能指针
    SmartPointer<SomeClass> spclass = new SomeClass;
    // 创建字符串的智能指针
    SmartPointer<const char> spstr = "Hello world!";  
}

int main(void)
{
    testcase1();
    return 0;
}

编译执行：

$ g++ -o sptestcase1 sptestcase1.cpp
$ ./sptestcase1

运行结果分析：

V1版本不足

简单实现智能指针类，智能指针释放指向“hello world”指针时出错。我们的智能指针不能指向无法被delete释放的内存资源。

三. 知识点查漏补缺

new的不同用法

（1）int *p=new int;//无初始化
（2）int *p=new int(5);//初始化为5
（3）创建类  Test *test=new Test();  delete test;//加括号调用没有参数的构造函数，不加括号调用默认构造函数或唯一的构造函数
（4）int *p=new int[10];//开辟容量为10的数组  delete []p;

类模板

//类的定义
template<class T>
class Test
{
private:
    T n;
    const T i;
public:
    Test():i(0) {}
    Test(T k);
    ~Test(){}

    void print();
    T operator+(T x);
};
//类的使用
类名<实际的类型> eg.Test<int> test;//声明一个对象

staic_cast<const void *>(p)

//地址？转换类型？

我们这里定义的是模版类，因为不知道这个指针的具体类型。使用使用了const void *。

const void * p 这是定义了一个指针p，p可以指向任意类型的值，但它指向的值必须是常量。在这种情况下，我们不能修改被指向的对象，但可以使指针指向其他对象。

C++实现智能指针(一)

猜你喜欢