当前位置: 代码迷 >> 综合 >> 智能指针:模拟实现auto_ptr,scoped_ptr,shared_ptr
  详细解决方案

智能指针:模拟实现auto_ptr,scoped_ptr,shared_ptr

热度:15   发布时间:2024-01-09 17:54:20.0

    RAII(Resource Acquisition Is Initialization)

资源分配即初始化,定义一个类来封装资源的分配和释放,在构造函数完成资源的分配和初始化,在析构函数完成资源的清理,可以保证资源的正确初始化和释放。

所谓智能指针就是智能/自动化的管理指针所指向的动态资源的释放。

STL--auto_ptr

Boost库的智能指针:scoped_ptr/scoped_array/shared_ptr/shared_array/weak_ptr/intrusive_ptr.

(ps:新的C++11标准中智能指针:模拟实现auto_ptr,scoped_ptr,shared_ptr已经引入了unique_ptr/shared_ptr/weak_ptr)

常见的智能指针有:auto_ptr/scoped_ptr/scoped_array/shared_ptr/shared_array。由于scoped_array和scoped_ptr比较类似,shared_array和shared_ptr又比较类似,所以我们只实现auto_ptr/scoped_ptr/shared_ptr。

下面介绍三种智能指针auto_ptr,scoped_ptr,shared_ptr。

智能指针的基本特点

        1)智能指针管理的是一块内存的释放。

        2)智能指针是一个类,有类似指针的功能。

1、AutoPtr

    首先auto_ptr的成员变量主要有T* _ptr,bool _owner时,主要实现原理是在构造对象时赋予其管理空间的所有权,在析构函数中通过_owner的真否来释放所有权,并且在拷贝或赋值后通过将_owner设为false,转移空间的所有权。但是此做法存在一些问题,主要问题是如果拷贝出来的对象比原来的对象出作用域,则原来的对象的_owner虽然为false,但会访问一块已经释放的一块空间。

   改进后还是管理空间的所有权转移,但这种实现方法中没有_owner。构造和析构和上述实现方法类似,但拷贝和赋值后直接将_ptr赋为空,禁止其在访问原来的内存空间。

//智能指针AutoPtr
template<class T>
class AutoPtr
{
public:AutoPtr(T* ptr):_ptr(ptr){}AutoPtr(AutoPtr<T> &ap):_ptr(ap._ptr){//拷贝后将原有指向同一块内存的指针置空ap._ptr = NULL;}AutoPtr<T>& operator=(AutoPtr<T> &ap){if (this != &ap){delete _ptr;_ptr = ap._ptr;ap._ptr = NULL;}return *this;}T& operator*(){return *_ptr;}T* GetPtr()//返回原指针_ptr{return  _ptr;}T* operator->(){return _ptr;}~AutoPtr(){cout << "~AutoPtr()" << endl;if (_ptr){delete _ptr;_ptr = NULL;}}
private:T* _ptr;
};

2、ScopedPtr

    因为智能指针容易出现拷贝时释放两次的情况,所以ScopedPtr主要是进行防止拷贝,防止拷贝的两条必须要满足的条件是:

1)设置保护限定符;2)对拷贝构造函数和赋值运算符重载进行之声明不定义。

如没有设置保护限定符,若在类外进行定义后,则会出现问题,所以说这两个条件是必不可少的。这样就能够避免上面所出现的问题,但是这样就造成了它在功能上的缺陷。

//智能指针ScopedPtr
template<class T>
class ScopedPtr
{
public:ScopedPtr(T* ptr):_ptr(ptr){}T& operator*(){return *_ptr;}T* GetPtr()//返回原指针_ptr{return  _ptr;}T* operator->(){return _ptr;}~ScopedPtr(){cout << "~ScopedPtr()" << endl;if (_ptr){delete _ptr;_ptr = NULL;}}
protected://防拷贝:此处为privated或protecte;拷贝构造和赋值函数只声明不定义ScopedPtr(const ScopedPtr<T> &sp);ScopedPtr<T>& operator==(const ScopedPtr<T> &sp);
private:T* _ptr;
};

3、SharedPtr

    SharedPtr指主要的原理是利用引用计数的浅拷贝来实现,通过多开辟4个字节的方式,存储引用计数,当有指针指向这块空间时,引用计数+1。如若析构时,先将这块空间的引用计数降为1,然后在进行析构,避免了析构多次的问题。

//智能指针SharedPtr
template<class T>
class SharedPtr
{
public:SharedPtr():_ptr(NULL), _pCount(new long(1)){}SharedPtr(T* ptr):_ptr(ptr), _pCount(new long(1)){}//----引用计数浅拷贝SharedPtr(const SharedPtr<T> &sp):_ptr(sp._ptr), _pCount(sp._pCount){++(*_pCount);}SharedPtr<T>& operator=(const SharedPtr<T> &sp){if (this != &sp){Release();_ptr = sp._ptr;_pCount = sp._pCount;++(*_pCount);}return *this;}用深拷贝传统写法//SharedPtr<T>& operator=(const SharedPtr<T>& sp)//{//	if (this != &sp)//	{//		SharedPtr<T> tmp(sp);//		swap(_ptr, tmp._ptr);//		swap(_pCount, tmp._pCount);//	}//	return *this;//}//现代写法//SharedPtr<T>& operator=(SharedPtr<T> sp)//{//	swap(_ptr, sp._ptr);//	swap(_pCount, sp._pCount);//	return *this;//}~SharedPtr(){cout << "~SharedPtr()" << endl;Release();}T& operator*(){return *_ptr;}T* GetPtr()//返回原指针_ptr{return  _ptr;}T* operator->(){return _ptr;}long GetCount()//返回同一内存的指向数{return *_pCount;}void Release()//释放内存{if (--(*_pCount) == 0){delete _ptr;delete _pCount;_ptr = NULL;_pCount = NULL;}}
private:T* _ptr;long* _pCount;
};

测试用例如下:

void  Test()
{AutoPtr<int> ap1(new int(3));AutoPtr<int> ap2 = ap1;AutoPtr<int> ap3(new int(5));ap3 = ap2;ScopedPtr<int> sp1(new int(3));//防拷贝//ScopedPtr<int> sp2 = sp1;//sp2 = sp1;SharedPtr<int> shp1(new int(3));SharedPtr<int> shp2 = shp1;SharedPtr<int> shp3(new int(5));shp3 = shp1;*shp1 = 6;cout << &shp1 << endl;cout << shp1.GetCount() << endl;cout << *(shp1.GetPtr()) << endl;//输出_ptr的值cout << *(shp1.operator->()) << endl;//输出_ptr的值SharedPtr<Node> shpNode(new Node);shpNode->_data = 10;cout << shpNode->_data << endl;
}struct Node
{int _data;Node* _next;
};

然而上面用引用计数实现的简化版看起来不错,但却存在一些问题,具体关注本人博客。

【小知识】模板的分离编译

1、在模板头文件 xxx.h 里面显示实例化->模板类的定义后面添加 template class SeqList<int >; 一般不推荐这种方法,一方面老编译器可能不支持,另一方面实例化依赖调用者。(不推荐)

2、将声明和定义放到一个文件 "xxx.hpp" 里面,推荐使用这种方法。

以上是本人对智能指针的一些认识,如有不足,请多指教。

本文出自 “Scen” 博客,请务必保留此出处http://10741357.blog.51cto.com/10731357/1753272