智能指针的设计和实现

C++程序设计中使用堆内存是非常频繁的操作，堆内存的申请和释放都由程序员自己管理。程序员自己管理堆内存可以提高了程序的效率，但是整体来说堆内存的管理是麻烦的，C++11中引入了智能指针的概念，方便管理堆内存。使用普通指针，容易造成堆内存泄露（忘记释放），二次释放，程序发生异常时内存泄露等问题等，使用智能指针能更好的管理堆内存。

理解智能指针需要从下面三个层次：

从较浅的层面看，智能指针是利用了一种叫做RAII（资源获取即初始化）的技术对普通的指针进行封装，这使得智能指针实质是一个对象，行为表现的却像一个指针。
智能指针的作用是防止忘记调用delete释放内存和程序异常的进入catch块忘记释放内存。另外指针的释放时机也是非常有考究的，多次释放同一个指针会造成程序崩溃，这些都可以通过智能指针来解决。
智能指针还有一个作用是把值语义转换成引用语义。C++和Java有一处最大的区别在于语义不同，在Java里面下列代码：

　　Animal a = new Animal();

　　Animal b = a;

你当然知道，这里其实只生成了一个对象，a和b仅仅是把持对象的引用而已。但在C++中不是这样，

Animal a;

Animal b = a;

这里却是就是生成了两个对象。

下面是一个简单智能指针的demo。智能指针类将一个计数器与类指向的对象相关联，引用计数跟踪该类有多少个对象共享同一指针。每次创建类的新对象时，初始化指针并将引用计数置为1；当对象作为另一对象的副本而创建时，拷贝构造函数拷贝指针并增加与之相应的引用计数；对一个对象进行赋值时，赋值操作符减少左操作数所指对象的引用计数（如果引用计数为减至0，则删除对象），并增加右操作数所指对象的引用计数；调用析构函数时，构造函数减少引用计数（如果引用计数减至0，则删除基础对象）。智能指针就是模拟指针动作的类。所有的智能指针都会重载 -> 和 * 操作符。智能指针还有许多其他功能，比较有用的是自动销毁。这主要是利用栈对象的有限作用域以及临时对象（有限作用域实现）析构函数释放内存。

#include <iostream>
#include <memory>
 
template<typename T>
class SmartPointer 
{	
public:
    SmartPointer(T* ptr = nullptr) 
    :ptr(ptr) 
    {
        if (ptr) 
            count = new size_t(1);
        else
            count = new size_t(0);
    }

    SmartPointer(const SmartPointer& ptr) 
    {
        if (this != &ptr) 
        {
            this->ptr   = ptr.ptr;
            this->count = ptr.count;
            (*this->count)++;
        }
    }

    SmartPointer& operator=(const SmartPointer& ptr) 
    {
        if (this->ptr == ptr.ptr) 
            return *this;
         
 
        if (this->ptr) 
        {
            (*this->count)--;
            if (this->count == 0) 
            {
                delete this->ptr;
                delete this->count;
            }
         }
 
        this->ptr   = ptr.ptr;
        this->count = ptr.count;
        (*this->count)++;
		
        return *this;
    }
 
    T& operator*() 
    {
        assert(this->ptr == nullptr);
        return *(this->ptr);
    }
 
    T* operator->() 
    {
        assert(this->ptr == nullptr);
        return this->ptr;
    }
 
    ~SmartPointer() 
    {
        (*this->count)--;
        if (*this->count == 0) 
        {
            delete this->ptr;
            delete this->count;
        }
     }
 
    size_t use_count()
    {
        return *this->count;
    }
	 
private:
    T*      ptr;
    size_t* count;
};
 
int main() 
{
    SmartPointer<int> sp(new int(10));
    SmartPointer<int> sp2(sp);
    SmartPointer<int> sp3(new int(20));
    sp2 = sp3;
	
    std::cout << sp.use_count()  << std::endl;
    std::cout << sp3.use_count() << std::endl;
}

参考：

http://www.cnblogs.com/Solstice/archive/2011/08/16/2141515.html
http://www.cnblogs.com/jiayayao/archive/2016/12/03/6128877.html
http://blog.csdn.net/pi9nc/article/details/12227887
http://blog.csdn.net/mmzsyx/article/details/8090849
http://blog.csdn.net/shanno/article/details/7363480

智能指针的设计和实现

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