C++重载——智能指针的实现

本文参照于狄泰软件学院，唐佐林老师的——《C++深度剖析教程》

智能指针背后的设计思想

在项目开发中，有一个臭名昭著的BUG——内存泄漏。不管是新手还是老手都容易犯这个错误。并且这种BUG很难查找。
1. 编译器并不能发现内存泄漏的问题。
2. 运行时才能捕获这些错误，并且这些错误没有明显症状（不会固定在某个地方出现）。

问题：如何避免内存泄漏的问题？

首先，我们要知道程序如何照成内存泄漏的BUG的：
动态申请堆空间，用完后没有delete或free归还内存。
1. C++语言没有垃圾回收机制，无法自动清除不再使用的堆空间
2. 指针无法控制所指堆空间的生命周期。

与栈空间不同的是，栈在作用域结束时会自动释放这段内存，而堆空间无法自动释放，释放的工作需要依赖程序员的自觉。
解决方案：我们在使用完这片堆空间需要调用delete或free归还内存。

问题：难道堆空间就无法像栈空间一样，自动释放内存吗？

指针是一个变量，那么这个指针分配在栈上时，在作用域结束后会释放这个变量。而我们知道类对象存在一个析构函数，可以实现自动调用的功能。
如果指针变量也有一个析构函数不就可以实现自动释放堆空间了吗？

如何实现智能指针?

智能指针背后的设计思想，简单的来说就是将基本类型指针封装为类对象指针，并在析构函数里编写delete或free语句删除指针指向的内存空间。

实现细节
1. 一片堆空间最多只能有一个指针标识
不能存在多个指针指向同一个堆空间的现象，否则会出现重复释放或释放后访问堆空间的操作。
2. 指针生命周期结束时主动释放堆空间
将指针封装成类后，在对象过期时，自动调用析构函数删除指向的内存。
3. 实现指针特征操作符( -> 和 * )
4. 杜绝指针运算和指针比较

示例代码：智能指针的实现

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Test
{
    int i;
public:
    Test(int i)
    {
        cout << "Test(int i)" << endl;
        this->i = i;
    }
    int value()
    {
        return i;
    }
    ~Test()
    {
        cout << "~Test()" << endl;
    }
};

class Pointer
{
    Test* mp;
public:
    Pointer(Test* p = NULL)
    {
        mp = p;
    }
    Pointer(const Pointer& obj)
    {
        mp = obj.mp;
        const_cast<Pointer&>(obj).mp = NULL;
    }
    Pointer& operator = (const Pointer& obj)
    {
        if( this != &obj )
        {
            delete mp;
            mp = obj.mp;
            const_cast<Pointer&>(obj).mp = NULL;
        }

        return *this;
    }
    Test* operator -> ()
    {
        return mp;
    }
    Test& operator * ()
    {
        return *mp;
    }
    bool isNull()
    {
        return (mp == NULL);
    }
    ~Pointer()
    {
        delete mp;
    }
};

int main()
{
    Pointer p1 = new Test(0);

    cout << p1->value() << endl;

    Pointer p2 = p1;

    cout << p1.isNull() << endl;

    cout << p2->value() << endl;

    return 0;
}