C++ 智能指针的模拟实现实例
1.引入
int main(){ int *p = new int; //裸指针 delete p; return 0;}
在上面的代码中定义了一个裸指针p，需要我们手动释放。如果我们一不小心忘记释放这个指针或者在释放这个指针之前，发生一些异常，会造成严重的后果（内存泄露）。而智能指针也致力于解决这种问题，使程序员专注于指针的使用而把内存管理交给智能指针。
普通指针也容易出现指针悬挂问题，当有多个指针指向同一个对象的时候，如果某一个指针delete了这个对象，所以这个指针不会对这个对象进行操作，那么其他指向这个对象的指针呢？还在等待已经被删除的基础对象并随时准备对它进行操作。于是悬垂指针就形成了，程序崩溃也“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;}
输出结果
222-572662307
输出的结果*p2的结果并不是期待中2，因为2早已经被删除了。
智能指针
智能指针是一个类，它把普通指针封装起来，能实现和普通指针同样的功能。不同的是智能指针能够对内存进行自动管理，利用类对象出了作用域会调用析构函数，把对指针的释放写在析构函数中，避免出现悬挂指针的情况。
智能指针(smart pointer)是存储指向动态分配（堆）对象指针的类，用于生存期控制，能够确保自动正确的销毁动态分配的对象，防止内存泄露。它的一种通用实现技术是使用引用计数(reference count)。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。当然，智能指针还不止这些，还包括复制时可以修改源对象等。智能指针根据需求不同，设计也不同（写时复制，赋值即释放对象拥有权限、引用计数等，控制权转移等）。auto_ptr 即是一种常见的智能指针。
智能指针的实现(用类模板实现）
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;}
模拟实现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; //标志位 ,控制一个资源的访问权限};int main(){ CSmartptr<int> p1(new int); *p1 = 200; CSmartptr<Test> p2(new Test); p2->func(); return 0;}
带有引用计数的智能指针（方便对资源的管理和释放）
class CHeapTable{public: static CHeapTable& getInstance() { return mHeapTable; } //增加引用计数 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); } //减少引用计数的 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); } } } //获取引用计数的 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; //标识堆内存资源 int mcount; //标识资源的引用计数 }; 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();
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