智能指针的原理及实现方案.doc

智能指针的原理及实现方案 2007-12-14 10:23 本文主要讨论 C++ 程序设计的一种常用技术——智能指针( smart pointer ), 主要内容包括引用计数( reference count )和句柄类(handle class) 。如果文中有错误或遗漏之处,敬请指出,谢谢! 当类中有指针成员时,一般有两种方式来管理指针成员:一是采用值型的方式管理,每个类对象都保留一份指针指向的对象的拷贝;另一种更优雅的方式是使用智能指针,从而实现指针指向的对象的共享。智能指针(smart pointer) 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)。实现引用计数有两种经典策略:一是引入辅助类,二是使用句柄类。下面分别介绍这些内容。问题描述假设有一个名为 TestPtr 的类,里面有一个指针成员,简化为如下代码: class TestPtr {public :TestPtr (int *p):ptr (p) {}~TestPtr (){delete ptr ;} //other operations private :int *ptr ;//other data }; 在这种情况下,类TestPtr 对象的任何拷贝、赋值操作都会使多个 TestPtr 对象共享相同的指针。但在一个对象发生析构时,指针指向的对象将被释放,从而可能引起悬垂指针。现在我们使用引用计数来解决这个问题,一个新的问题是引用计数放在哪里。显然,不能放在 TestPtr 类中,因为多个对象共享指针时无法同步更新引用计数。方案一这里给出的解决方案是,定义一个单独的具体类( RefPtr )来封装指针和相应的引用计数。由于这个类只是用于对类 TestPtr 中的成员指针 ptr 进行了封装,无其它用途,所以把引用计数类 RefPtr 的所有成员均定义为 private ,并把类 TestPtr 声明为它的友元类,使 TestPtr 类可以访问 RefPtr 类。示例代码如下: class RefPtr {friend class TestPtr ;int *ptr ;size_t count ;RefPtr (int *p):ptr (p), count (1){} ~RefPtr (){delete ptr ;}};class TestPtr {public :TestPtr (int *p):ptr (new RefPtr (p)){}TestPtr (const TestPtr &src ): ptr (src .ptr ){++ptr ->count ;}TestPtr &operator =(const TestPtr &rhs ){//self-assigning is also right ++rhs .ptr ->co