1 shared_ptr的实现原理

智能指针的一种通用实现技术是使用引用计数。智能指针类将一个计数器与智能指针指向的对象相关联，用来记录有多少个智能指针指向相同的对象，并在恰当的时候释放对象。

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，引用计数加1；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）。

由图中可以看到，实际上引用计数、自定义销毁等都不是直接存储在shared_ptr中，而是通过一个指针指向的一个控制块存储的，控制块是动态分配的内存。

2 代码简单实现

#include <iostream>
#include <memory>
#include <string>
#include <assert.h>using namespace std;// 使用一个类来管理引用计数
class RefCounter {
public:RefCounter(long val) : count(val) {};void add_ref() { // c++标准库中的操作是一个原子操作，且要保证线程安全（如加锁操作）++count;}const long reduce_ref() {return --count;}long get_use_count() const noexcept {return count;}
private:long count;
};// 自定义一个模板类的智能指针
template<typename Element_Type>
class SmartPointer {
public:// 使用一般指针类型，初始化一个智能指针SmartPointer(Element_Type* ptr = nullptr) : mp(ptr) {if (mp) {mCount = new RefCounter(1);}else {mCount = new RefCounter(0);}}// 拷贝构造函数，使用一个已有的智能指针，初始化一个新的智能指针// 新的智能指针拥有了原来的智能指针管理的指针地址 和 引用计数数值，同时，新的智能指针引用计数加1(当然，原来的指针智能指针引用计数不会发生变化)SmartPointer(const SmartPointer& ptr) {mp = ptr.mp;mCount = ptr.mCount;mCount->add_ref();}// 赋值函数：当前智能指针引用计数减1，若减到0就销毁原来指向的内存。// 举例： sp2 = sp3// 否则使用新的智能指针sp3 的属性覆盖当前智能指针sp2 的属性，并使引用计数加1// （加的既是 当前智能指针sp2 的引用计数, 同时又是新的智能指针sp3的引用计数, 因为它们的引用计数是同一地址对应的变量 count）SmartPointer& operator=(const SmartPointer& ptr) {if (mp == ptr.mp) {return *this;}if (mp) {if (mCount->reduce_ref() == 0) {delete mp;delete mCount;}}mp = ptr.mp; //因为使用引用计数，所以直接用一个指针的值覆盖另一个指针的值，只要引用计数不减到0就先不必销毁原有的内存，也不必担心内存会泄漏（地址未归还系统）mCount = ptr.mCount; // （加的既是 当前智能指针sp2 的引用计数, 同时又是新的智能指针sp3的引用计数, 因为它们的引用计数是同一地址对应的变量 count）mCount->add_ref();return *this;}// 解引用 dereference // 返回原始指针指向的变量（实例）的引用Element_Type& operator*() {assert(mp != nullptr);return *mp;}Element_Type* operator->() {assert(mp != nullptr);return mp;}operator bool() const {return mp;}// 每析构一次智能指针就减少一次引用计数~SmartPointer() {if (mCount->reduce_ref() == 0) {delete mp;delete mCount;}}size_t use_count() {return mCount->get_use_count();}
private:Element_Type* mp;RefCounter*   mCount;
};// 简单定义一个使用智能指针管理内存的用户类
class Person {
public:Person(int age, string name) : mAge(age), mName(name) {};string info() {string info = "Name: " + mName + ", Age:" + std::to_string(mAge);return info;}
private:int mAge;string mName;
};int main() {SmartPointer<Person> sp1(new Person(10, "zhangsan"));SmartPointer<Person> sp2(sp1); // 使用智能指针拷贝构造一个新的智能指针，则 sp2 sp3 引用计数都+1SmartPointer<Person> sp3(new Person(20, "Lisi"));std::cout << sp1.use_count() << ", " << sp1->info() << std::endl; // 2, Name: zhangsan, Age:10std::cout << sp2.use_count() << ", " << sp2->info() << std::endl; // 2, Name: zhangsan, Age:10std::cout << sp3.use_count() << ", " << sp3->info() << std::endl; // 1, Name: Lisi, Age:20sp2 = sp3;  // 使用智能赋值一个智能指针，被赋值的智能sp2原来对应的指针的引用计数-1，用于赋值的智能指针引用计数+1std::cout << sp1.use_count() << ", " << sp1->info() << std::endl; // 1, Name: zhangsan, Age:10std::cout << sp2.use_count() << ", " << sp2->info() << std::endl; // 2, Name: Lisi, Age:20std::cout << sp3.use_count() << ", " << sp3->info() << std::endl; // 2, Name: Lisi, Age:20return 0;
}// 将上述main函数中 SmartPointer 改成 shared_ptr std::cout输出的结果是一样的。

参考

C++11--智能指针详解及实现

用c++简单实现智能指针

如何实现一个简单的智能指针

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C++_实现一个简单的智能指针shared_ptr

1 shared_ptr的实现原理

2 代码简单实现

参考

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