智能指针实现.doc

C++中智能指针的设计和使用
http://blog./hackbuteer1/article/details/7561235
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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。
智能指针通常用类模板实现:
[cpp] view plaincopy
template <class T>
class smartpointer
{
private:
T *_ptr;
public:
smartpointer(T *p) : _ptr(p) //构造函数
{
}
T& operator *() //重载*操作符
{
return *_ptr;
}
T* operator ->() //重载->操作符
{
return _ptr;
}
~smartpointer() //析构函数
{
delete _ptr;
}
};
实现引用计数有两种经典策略,在这里将使用其中一种,这里所用的方法中,需要定义一个单独的具体类用以封装引用计数和相关指针:
[cpp] view plaincopy
// 定义仅由HasPtr类使用的U_Ptr类,用于封装使用计数和相关指针
// 这个类的所有成员都是private,我们不希望普通用户使用U_Ptr类,所以它没有任何public成员
// 将HasPtr类设置为友元,使其成员可以访问U_Ptr的成员
class U_Ptr
{
friend class HasPtr;
int *ip;
size_t use;
U_Ptr(int *p) : ip(p) , use(1)
{
cout << "U_ptr constructor called !" << endl;
}
~U_Ptr()
{
delete ip;
cout << "U_ptr distructor called !" << endl;
}
};
HasPtr类需要一个析构函数来删除指针。但是,析构函数不能无条件的删除指针。”
条件就是引用计数。如果该对象被两个指针所指,那么删除其中一个指针,并不会调用该指针的析构函数,因为此时还有另外一个指针指向该对象。看来,智能指针主要是预防不当的析构行为,防止出现悬垂指针。
如上图所示,HasPtr就是智能指针,U_Ptr为计数器;里面有个变量use和指针ip,use记录了*ip对象被多少个HasPtr对象所指。假设现在又两个HasPtr对象p1、p2指向了U_Ptr,那么现在我delete p1,use变量将自减1, U_Ptr不会析构,那么U_Ptr指向的对象也不会析构,那么p2仍然指向了原来的对象,而不会变成一个悬空指针。当delete p2的时候,use变量将自减1,为0。此时,U_Ptr对象进行析构,那么U_Ptr指向的对象也进行析构,保证不会出现内存泄露。
包含指针的类需要特别注意复制控制,原因是复制指针时只复制指针中的地址,而不会复制指针指向的对象。
大多数C++类用三种方法之一管理指针成员
(1)不管指针成员。复制时只复制指针,不复制指针指向的对象。当其中一个指针把其指向的对象的空间释放