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C++簡單實現(xiàn)shared_ptr的代碼

更新時間：2022年09月29日 09:59:26 作者：夢想是優(yōu)秀社畜

智能指針用于資源管理，為了保證資源的操作得到順利的執(zhí)行防止資源泄露，因此大多數(shù)實現(xiàn)都以noexcept在參數(shù)列表后聲明為不拋出異常，這篇文章主要介紹了C++簡單實現(xiàn)shared_ptr的代碼,需要的朋友可以參考下

一、一些說明

1.智能指針用于資源管理，為了保證資源的操作得到順利的執(zhí)行防止資源泄露，因此大多數(shù)實現(xiàn)都以noexcept在參數(shù)列表后聲明為不拋出異常。

2.對于有些明確不需要更改調(diào)用對象內(nèi)容的成員函數(shù)，用const在參數(shù)列表后修飾，常量成員函數(shù)不能改變調(diào)用它的對象的內(nèi)容。

3.在用原始指針構(gòu)造智能指針的參數(shù)構(gòu)造前用explicit聲明，防止隱式的轉(zhuǎn)化。

3.swap函數(shù)內(nèi)部調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)命名空間的swap()函數(shù)，必須以std::顯示指定是標(biāo)準(zhǔn)命名空間

4.做筆記使用，如果有不足或者錯誤的地方還請補(bǔ)充或者指正?。《嘀x?。?！

二、基本的構(gòu)造和析構(gòu)成分

SharedPtr()noexcept = default // 默認(rèn)構(gòu)造
explicit SharedPtr(T* ptr) noexcept // 參數(shù)構(gòu)造
SharedPtr(const SharedPtr& ptr)noexcept // 拷貝構(gòu)造
SharedPtr(SharedPtr&& ptr)noexcept // 移動構(gòu)造
~SharedPtr() noexcept // 析構(gòu)函數(shù)

三、運算符重載

SharedPtr& operator=(const SharedPtr& rhs)noexcept  // 拷貝賦值運算符重載
SharedPtr& operator=(SharedPtr&& rhs)noexcept  // 移動賦值運算符重載
T& operator->() const noexcept // 指針運算符重載
T& operator*() const noexcept // 解引用運算符重載

四、實現(xiàn)的shared_ptr函數(shù)接口

T* get() const noexcept // 獲取原始指針對象
int use_count() const noexcept // 獲取引用計數(shù)
void reset()noexcept // 重置指針
bool unique() noexcept // 判斷是否只有一個使用者
void swap() noexcept // 交換對象內(nèi)容

五、CPP代碼

#include<iostream>
using namespace std;
 
// 引用計數(shù)類
class RefCount {
private:
	int count{1};
public:
	int use_count() const noexcept { return count; }
	void dec_count()noexcept { --count; }
	void inc_count()noexcept { ++count; }
};
 
// shared_ptr類模板
template<class T>
class SharedPtr {
private:
	T* origin_ptr{ nullptr }; // 原始指針
	RefCount* refCount{ nullptr }; // 引用計數(shù)
public:
	SharedPtr()noexcept = default; // 默認(rèn)構(gòu)造
	SharedPtr(nullptr_t)noexcept :SharedPtr() {} // 空指針構(gòu)造
	explicit SharedPtr(T* ptr)noexcept :origin_ptr(ptr), refCount(nullptr){ // 用原始指針作為參數(shù)構(gòu)造
		if (origin_ptr != nullptr) refCount = new RefCount();
	}
	SharedPtr(const SharedPtr& ptr)noexcept :origin_ptr(ptr.origin_ptr), refCount(ptr.refCount) { // 拷貝構(gòu)造
		if(origin_ptr != nullptr) refCount->inc_count();
	}
	SharedPtr(SharedPtr&& ptr)noexcept :origin_ptr(ptr.origin_ptr), refCount(ptr.refCount) { // 移動構(gòu)造
		ptr.origin_ptr = nullptr;
		ptr.refCount = nullptr;
	}
	~SharedPtr()noexcept { // 析構(gòu)函數(shù)
		if (origin_ptr != nullptr && refCount->use_count() == 0) {
			delete origin_ptr;
			delete refCount;
			origin_ptr = nullptr;
			refCount = nullptr;
		}
	}
	SharedPtr& operator=(const SharedPtr& rhs)noexcept { // 拷貝賦值運算符重載
		SharedPtr(rhs).swap(*this);
		return *this;
	}
	SharedPtr& operator=(SharedPtr&& rhs)noexcept { // 移動賦值運算符重載
		SharedPtr(move(rhs)).swap(*this);
		return *this;
	}
	T& operator->() const noexcept{ // 指針運算符重載
		return origin_ptr;
	}
	T& operator*() const noexcept { // 解引用運算符重載
		return *origin_ptr;
	}
 
public: // 以下是提供的接口函數(shù)
	T* get()const noexcept { // get()函數(shù)獲取原始指針對象
		return origin_ptr;
	}
	int use_count() const noexcept { // use_count()函數(shù)獲取引用計數(shù)
		return origin_ptr == nullptr ? 0 : refCount->use_count();
	}
	void reset()noexcept { // reset()重置指針
		SharedPtr().swap(*this);
	}
	void reset(nullptr_t) noexcept {
		reset();
	}
	void reset(T* ptr)noexcept {
		SharedPtr(ptr).swap(*this);
	}
	bool unique()noexcept { // unique() 查看是否資源獨有
		return refCount == nullptr ? false : (refCount->use_count() == 1);
	}
	void swap(SharedPtr& rhs) noexcept{ // swap()交換對象內(nèi)容
		std::swap(origin_ptr, rhs.origin_ptr); // 這里必須顯示指定是std命名空間！
		std::swap(refCount, rhs.refCount);
	}
};
int main() {
	int* a = new int(2);
	SharedPtr<int>p(a); //測試構(gòu)造函數(shù)
	cout << p.use_count() << endl;
	cout << *p << endl;
	SharedPtr<int>q(p); //測試拷貝構(gòu)造
	cout << p.use_count() << endl;
	cout << q.use_count() << endl;
	SharedPtr<int>n = p; //測試賦值運算符
	cout << p.use_count() << endl;
	cout << n.use_count() << endl;
	SharedPtr<int>m = move(p); //測試右值引用賦值運算符
	cout << q.use_count() << endl;
	// cout << p.get_count() << endl;
	q.reset();
	cout << q.get() << endl;
	return 0;
}

C++ 簡單實現(xiàn)shared_ptr

共享指針

管理指針的存儲，提供有限的垃圾回收工具，并可能與其他對象共享該管理。

shared_ptr類型的對象都能夠獲得指針的所有權(quán)并共享該所有權(quán)：一旦它們獲得所有權(quán)，當(dāng)最后一個所有者釋放該所有權(quán)時，指針的所有者組就負(fù)責(zé)刪除該所有者。

shared_ptr對象在自身被銷毀后，或者一旦其值因賦值操作或顯式調(diào)用 shared_ptr::reset 而發(fā)生更改，就會釋放其共同擁有的對象的所有權(quán)。一旦通過指針共享所有權(quán)的所有shared_ptr對象都釋放了此所有權(quán)，則將刪除托管對象（通常通過調(diào)用 ::delete，但在構(gòu)造時可能會指定不同的刪除程序）。

shared_ptr對象只能通過復(fù)制其值來共享所有權(quán)：如果從同一個（非shared_ptr）指針構(gòu)造（或創(chuàng)建）兩個shared_ptr，則它們都將擁有該指針而不共享它，當(dāng)其中一個對象釋放它（刪除其托管對象）并使另一個指向無效位置時，會導(dǎo)致潛在的訪問問題。

此外，shared_ptr對象可以通過指針共享所有權(quán)，同時指向另一個對象。此功能稱為別名，通常用于指向成員對象，同時擁有它們所屬的對象。因此，shared_ptr可能與兩個指針相關(guān)：

存儲的指針，它是它所指向的指針，也是它使用運算符* 取消引用的指針。
擁有的指針（可能是共享的），這是所有權(quán)組負(fù)責(zé)在某個時刻刪除的指針，并且它被視為一種用途。

通常，存儲的指針和擁有的指針引用同一對象，但別名shared_ptr對象（使用別名構(gòu)造函數(shù)及其副本構(gòu)造的對象）可能引用不同的對象。

不擁有任何指針的shared_ptr稱為空shared_ptr。不指向任何對象的shared_ptr稱為 null shared_ptr，不應(yīng)取消引用。請注意，空shared_ptr不一定是 null shared_ptr，null shared_ptr不一定是空shared_ptr。

shared_ptr對象通過運算符 * 和 -> 提供對它們所指向的對象的訪問，從而復(fù)制有限的指針功能。出于安全原因，它們不支持指針?biāo)阈g(shù)。

相關(guān)類weak_ptr能夠與shared_ptr對象共享指針，而無需擁有它們。

成員函數(shù)

	（構(gòu)造函數(shù)）構(gòu)造shared_ptr（公共成員函數(shù)）
	（析構(gòu)函數(shù)）銷毀shared_ptr（公共成員函數(shù)）
	operator=	shared_ptr賦值（公共成員函數(shù)）
	swap	交換內(nèi)容（公共成員函數(shù)）
	reset	重置指針（公共成員函數(shù)）
	get	獲取指針（公共成員函數(shù)）
	operator*	取消引用對象（公共成員函數(shù)）
	operator->	取消引用對象成員（公共成員函數(shù)）
	operator[]  (C++17)提供到被存儲數(shù)組的帶下標(biāo)訪問(公開成員函數(shù))
	use_count	返回計數(shù)（公共成員函數(shù)）
	unique(C++20前)	檢查是否唯一（公共成員函數(shù)）
	operator bool	檢查是否不為空（公共成員函數(shù)）
	owner_before	基于所有者的共享指針排序（公共成員函數(shù)模板）

非成員函數(shù)
	swap	交換shared_ptr對象的內(nèi)容（函數(shù)模板）
	relational operators	關(guān)系運算符 ==， ！=， <， <=， >， >= （函數(shù)模板 ）
	ostream operator<<	將存儲的指針的值輸出到輸出流（函數(shù)模板）

具體功能：
	make_shared，make_shared_for_overwrite(C++20)	創(chuàng)建管理一個新對象的共享指針（函數(shù)模板）
	allocate_shared，allocate_shared_for_overwrite(C++20)	創(chuàng)建管理一個用分配器分配的新對象的共享指針（函數(shù)模板）
	static_pointer_cast，dynamic_pointer_cast，const_pointer_cast，reinterpret_pointer_cast    (C++17)應(yīng)用 static_cast、dynamic_cast、const_cast 或 reinterpret_cast 到被存儲指針(函數(shù)模板)
	get_deleter	返回指定類型中的刪除器，若其擁有（函數(shù)模板）

cpp

#include <utility>
#include <cstddef>

class ref_count
{
public:
    int use_count() const noexcept { return count_; }
    void inc_ref() noexcept { ++count_; }
    int dec_ref() noexcept { return --count_; }

private:
    int count_{1};
};

template <typename T>
class Shared_ptr
{
public:
    constexpr Shared_ptr() noexcept = default;
    constexpr Shared_ptr(nullptr_t) noexcept : Shared_ptr() {}
    explicit Shared_ptr(T *ptr) : ptr_{ptr}
    {
        if (ptr_ != nullptr)
        {
            rep_ = new ref_count{};
        }
    }
    Shared_ptr(const Shared_ptr &rhs) noexcept : ptr_{rhs.ptr_}, rep_{rhs.rep_}
    {
        if (ptr_ != nullptr)
        {
            rep_->inc_ref();
        }
    }
    Shared_ptr(Shared_ptr &&rhs) noexcept : ptr_{rhs.ptr_}, rep_{rhs.rep_}
    {
        rhs.ptr_ = nullptr;
        rhs.rep_ = nullptr;
    }
    ~Shared_ptr() noexcept
    {
        if (rep_ != nullptr && rep_->dec_ref() == 0)
        {
            delete ptr_;
            delete rep_;
        }
    }

    Shared_ptr &operator=(const Shared_ptr &rhs)
    {
        Shared_ptr{rhs}.swap(*this);
        return *this;
    }
    Shared_ptr &operator=(Shared_ptr &&rhs)
    {
        Shared_ptr{std::move(rhs)}.swap(*this);
        return *this;
    }
    void reset() noexcept
    {
        Shared_ptr{}.swap(*this);
    }
    void reset(nullptr_t) noexcept
    {
        reset();
    }
    void reset(T *ptr)
    {
        Shared_ptr{ptr}.swap(*this);
    }

    void swap(Shared_ptr &rhs) noexcept
    {
        std::swap(ptr_, rhs.ptr_);
        std::swap(rep_, rhs.rep_);
    }
    T *get() const noexcept
    {
        return ptr_;
    }

    long use_count() const noexcept
    {
        return rep_ == nullptr ? 0 : rep_->use_count();
    }
    bool unique() const noexcept
    {
        return rep_->use_count() == 1;
    }

    T &operator*() const noexcept
    {
        return *ptr_;
    }
    T &operator->() const noexcept
    {
        return ptr_;
    }

    explicit operator bool() const noexcept
    {
        return static_cast<bool>(ptr_);
    }

private:
    T *ptr_{nullptr};
    ref_count *rep_{nullptr};
};

template <typename T, typename... Args>
auto make_Shared(Args &&...args)
{
    return Shared_ptr<T>{new T(std::forward(args)...)};
}

到此這篇關(guān)于C++ shared_ptr實現(xiàn)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++ shared_ptr實現(xiàn)內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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