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C++ 智能指針的模擬實(shí)現(xiàn)實(shí)例

更新時(shí)間：2017年07月26日 09:40:41 作者：Sweet_wen

這篇文章主要介紹了C++ 智能指針的模擬實(shí)現(xiàn)實(shí)例的相關(guān)資料,智能指針是一個(gè)類，它把普通指針?lè)庋b起來(lái)，能實(shí)現(xiàn)和普通指針同樣的功能。，需要的朋友可以參考下

C++ 智能指針的模擬實(shí)現(xiàn)實(shí)例

1.引入

int main()
{
  int *p = new int;  //裸指針
  delete p;
  return 0;
}

在上面的代碼中定義了一個(gè)裸指針p，需要我們手動(dòng)釋放。如果我們一不小心忘記釋放這個(gè)指針或者在釋放這個(gè)指針之前，發(fā)生一些異常，會(huì)造成嚴(yán)重的后果（內(nèi)存泄露）。而智能指針也致力于解決這種問(wèn)題，使程序員專注于指針的使用而把內(nèi)存管理交給智能指針。

普通指針也容易出現(xiàn)指針懸掛問(wèn)題，當(dāng)有多個(gè)指針指向同一個(gè)對(duì)象的時(shí)候，如果某一個(gè)指針delete了這個(gè)對(duì)象，所以這個(gè)指針不會(huì)對(duì)這個(gè)對(duì)象進(jìn)行操作，那么其他指向這個(gè)對(duì)象的指針呢？還在等待已經(jīng)被刪除的基礎(chǔ)對(duì)象并隨時(shí)準(zhǔn)備對(duì)它進(jìn)行操作。于是懸垂指針就形成了，程序崩潰也“指日可待”。

int main()
{
  int *p1 = new int(2);
  int *p2 = p1;
  int *p3 = p2;
  cout<<*p1<<endl;
  cout<<*p2<<endl;
  cout<<*p3<<endl;
  delete p1;
  cout<<*p2<<endl;
  return 0;
}

輸出結(jié)果

輸出的結(jié)果*p2的結(jié)果并不是期待中2，因?yàn)?早已經(jīng)被刪除了。

智能指針

智能指針是一個(gè)類，它把普通指針?lè)庋b起來(lái)，能實(shí)現(xiàn)和普通指針同樣的功能。不同的是智能指針能夠?qū)?nèi)存進(jìn)行自動(dòng)管理，利用類對(duì)象出了作用域會(huì)調(diào)用析構(gòu)函數(shù)，把對(duì)指針的釋放寫在析構(gòu)函數(shù)中，避免出現(xiàn)懸掛指針的情況。

智能指針(smart pointer)是存儲(chǔ)指向動(dòng)態(tài)分配（堆）對(duì)象指針的類，用于生存期控制，能夠確保自動(dòng)正確的銷毀動(dòng)態(tài)分配的對(duì)象，防止內(nèi)存泄露。它的一種通用實(shí)現(xiàn)技術(shù)是使用引用計(jì)數(shù)(reference count)。智能指針類將一個(gè)計(jì)數(shù)器與類指向的對(duì)象相關(guān)聯(lián)，引用計(jì)數(shù)跟蹤該類有多少個(gè)對(duì)象共享同一指針。每次創(chuàng)建類的新對(duì)象時(shí)，初始化指針并將引用計(jì)數(shù)置為1；當(dāng)對(duì)象作為另一對(duì)象的副本而創(chuàng)建時(shí)，拷貝構(gòu)造函數(shù)拷貝指針并增加與之相應(yīng)的引用計(jì)數(shù)；對(duì)一個(gè)對(duì)象進(jìn)行賦值時(shí)，賦值操作符減少左操作數(shù)所指對(duì)象的引用計(jì)數(shù)（如果引用計(jì)數(shù)為減至0，則刪除對(duì)象），并增加右操作數(shù)所指對(duì)象的引用計(jì)數(shù)；調(diào)用析構(gòu)函數(shù)時(shí)，構(gòu)造函數(shù)減少引用計(jì)數(shù)（如果引用計(jì)數(shù)減至0，則刪除基礎(chǔ)對(duì)象）。

智能指針就是模擬指針動(dòng)作的類。所有的智能指針都會(huì)重載 -> 和 * 操作符。智能指針還有許多其他功能，比較有用的是自動(dòng)銷毀。這主要是利用棧對(duì)象的有限作用域以及臨時(shí)對(duì)象（有限作用域?qū)崿F(xiàn)）析構(gòu)函數(shù)釋放內(nèi)存。當(dāng)然，智能指針還不止這些，還包括復(fù)制時(shí)可以修改源對(duì)象等。智能指針根據(jù)需求不同，設(shè)計(jì)也不同（寫時(shí)復(fù)制，賦值即釋放對(duì)象擁有權(quán)限、引用計(jì)數(shù)等，控制權(quán)轉(zhuǎn)移等）。auto_ptr 即是一種常見(jiàn)的智能指針。

智能指針的實(shí)現(xiàn)(用類模板實(shí)現(xiàn)）

class Test
{
public:
  Test()
  {
    cout<<"Test()"<<endl;
  }
  ~Test()
  {
    cout<<"~Test()"<<endl;
  }
  void func()
  {
    cout<<"call Test::func()"<<endl;
  }
};
template<typename T>
class CSmartptr
{
public:
  CSmartptr(T *ptr):_ptr(ptr)
  {cout<<"CSmartptr()"<<endl;}
  CSmartptr(const CSmartptr<T> &other)
  {
    _ptr = new T;
    *ptr = *other._ptr;
  }
  ~CSmartptr()
  {
    cout<<"~CSmartptr()"<<endl;
    delete _ptr;
  }
  void relase() const
  {
    ((CSmartptr<T> *)this)->owns = false;
  }
  T& operator*()
  {
    return *_ptr;
  }
  const T& operator*()const {return *_ptr;}
  T *operator->()
  {
    return _ptr;
  }
  const T *operator->()const {return _ptr;}
private:
  T *_ptr;
};
int main()
{
  CSmartptr<int> p1(new int);
  *p1 = 200;
  CSmartptr<Test> p2(new Test);
  p2->func();
  return 0;
}

模擬實(shí)現(xiàn)auto_ptr

template<typename T>
class CSmartptr
{
public:
  CSmartptr(T *ptr):_ptr(ptr),owns(true){cout<<"CSmartptr()"<<endl;}
  CSmartptr(const CSmartptr<T> &other)
  {
    other.relase();
    _ptr = other._ptr;
  }
  ~CSmartptr()
  {
    cout<<"~CSmartptr()"<<endl;
    if( owns == true)
    {
      cout<<"~CSmartptr()"<<endl;
      delete _ptr;
    }

  }
  void relase() const
  {
    ((CSmartptr<T> *)this)->owns = false;
  }
  T& operator*()
  {
    return *_ptr;
  }
  const T& operator*()const {return *_ptr;}
  T *operator->()
  {
    return _ptr;
  }
  const T *operator->()const {return _ptr;}
private:
  T *_ptr;
  bool owns; //標(biāo)志位 ,控制一個(gè)資源的訪問(wèn)權(quán)限
};
int main()
{
  CSmartptr<int> p1(new int);
  *p1 = 200;
  CSmartptr<Test> p2(new Test);
  p2->func();
  return 0;
}

帶有引用計(jì)數(shù)的智能指針（方便對(duì)資源的管理和釋放）

class CHeapTable
{
public:
  static CHeapTable& getInstance()
  {
    return mHeapTable;
  }
  //增加引用計(jì)數(shù)
  void addRef(void *ptr)
  {
    pthread_mutex_lock(mutex);
    list<Node>::iterator it = find(mList.begin(),
      mList.end(), ptr); // Node == Node it->mpaddr
    if(it == mList.end())
    {
      mList.push_front(ptr);
      cout<<"new addr:"<<ptr<<" ref:"<<1<<endl;
    }
    else
    {
      it->mcount++;
      cout<<"add addr:"<<ptr<<" ref:"<<it->mcount<<endl;
    }
    pthread_mutex_unlock(mutex);
  }
  //減少引用計(jì)數(shù)的
  void delRef(void *ptr)
  {
    list<Node>::iterator it = find(mList.begin(),
      mList.end(), ptr);
    if(it != mList.end())
    {
      it->mcount--;
      cout<<"del addr:"<<ptr<<" ref:"<<it->mcount<<endl;
      if(it->mcount == 0)
      {
        mList.erase(it);
      }
    }
  }
  //獲取引用計(jì)數(shù)的
  int getRef(void *ptr)
  {
    list<Node>::iterator it = find(mList.begin(),
      mList.end(), ptr);
    if(it != mList.end())
    {
      return it->mcount;
    }
    return 0;
  }
private:
  CHeapTable(){}
  static CHeapTable mHeapTable;

  struct Node
  {
    Node(void *ptr=NULL):mpaddr(ptr),mcount(1){}
    bool operator==(const Node &src)
    {
      return mpaddr == src.mpaddr;
    }
    void *mpaddr; //標(biāo)識(shí)堆內(nèi)存資源
    int mcount; //標(biāo)識(shí)資源的引用計(jì)數(shù)
  };

  list<Node> mList;
};
CHeapTable CHeapTable::mHeapTable;
template<typename T>
class CSmartPtr
{
public:
  CSmartPtr(T *ptr = NULL)
    :mptr(ptr)
  {
    if(mptr != NULL)
    {
      addRef();
    }
  }
  ~CSmartPtr()
  {
    delRef();
    if(0 == getRef())
    {
      delete mptr; 
      mptr = NULL;
    }
  }

  CSmartPtr(const CSmartPtr<T> &src)
    :mptr(src.mptr)
  {
    if(mptr != NULL)
    {
      addRef();
    }
  }

  CSmartPtr<T>& operator=(const CSmartPtr<T> &src)
  {
    if(this == &src)
      return *this;

    delRef();
    if(0 == getRef())
    {
      delete mptr;
      mptr = NULL;
    }

    mptr = src.mptr;
    if(mptr != NULL)
    {
      addRef();
    }
  }
  T& operator*(){return *mptr;}
  const T& operator*()const{return *mptr;}
  T* operator->(){return mptr;}
  const T* operator->()const{return mptr;}

  void addRef(){mHeapTable.addRef(mptr);}
  void delRef(){mHeapTable.delRef(mptr);}
  int getRef(){return mHeapTable.getRef(mptr);}
private:
  T *mptr;
   static CHeapTable &mHeapTable;
};
template<typename T>
CHeapTable& CSmartPtr<T>::mHeapTable = CHeapTable::getInstance();

以上就是智能指針的實(shí)例詳解，如有疑問(wèn)請(qǐng)留言或者到本站社區(qū)交流討論，感謝閱讀，希望能幫助到大家，謝謝大家對(duì)本站的支持

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