C++知识点43——解引用运算符和箭头运算符的重载及智能指针类的实现

一、概念、

在自定义行为类似指针的类时，需要重载*和->。C++中的智能指针就重载了这两个运算符。->必须是成员函数，*也应该是成员函数。与内置类型保持一致，这两个函数通常都是const的。以为*和->通常不会也不应该改变对象的状态

*运算符的返回值通常都是一个类型的引用（因为类内部的数据不一定非得指向T的对象，也可能指向一个T的派生类对象。如果是这样并且operator*返回的是个T对象，而非一个引用（代表真正的派生类对象），那么，operator*函数便是返回一个错误类型的对象！，也就是导致子类对象转基类对象的切割问题）

->运算符的返回值必须是一个类的指针。因为当自定义类型的operator->被调用时，编译器会将operator->转化为

(obejct.operator->())->member

所以，operator->的返回值必须是一个指针

二、示例

通过实现一个智能指针来熟悉这两个运算符的重载，类的整体实现如下

#include <iostream>
#include <memory>using namespace std;template <typename T>
class mysmartpointer
{
public:mysmartpointer(T *ptr=nullptr):ptr_(ptr),pcount_(new size_t(0)){cout<<__func__<<endl;if (ptr_==nullptr) {//空指针不增加引用计数*(this->pcount_)=0;}else {*(this->pcount_)=1;}}mysmartpointer(const mysmartpointer &rval):ptr_(rval.ptr_),pcount_(rval.pcount_){if (ptr_) {//拷贝初始化，如果指针不为空，增加引用计数++*pcount_;}cout<<"mysmartpointer(const mysmartpointer &rval)"<<endl;}mysmartpointer &operator=(const mysmartpointer &rval){cout<<__func__<<endl;mysmartpointer t(rval);this->swap(t);--*pcount_;//减少左值的引用计数if (*pcount_==0) {//此时如果引用计数为0，那么释放指向的对象和引用计数cout<<"delete object when operator="<<endl;delete ptr_;delete pcount_;}++*rval.pcount_;//增加右值的引用计数return *this;}T &operator*() const{cout<<__func__<<endl;return *ptr_;//返回指向对象本身}T *operator->() const{cout<<__func__<<endl;return &this->operator*();//通过调用operator*来实现operator->}explicit operator bool(){cout<<__func__<<endl;return !(ptr_==nullptr && *pcount_==0);}void swap(mysmartpointer &t)//交换指针和引用计数{cout<<__func__<<endl;std::swap(this->ptr_, t.ptr_);std::swap(this->pcount_, t.pcount_);}size_t use_count(){cout<<__func__<<endl;return *pcount_;}~mysmartpointer(){cout<<__func__<<endl;if (--*pcount_==0) {//析构时，--引用计数cout<<"delete object"<<endl;delete ptr_;delete pcount_;}}private:T *ptr_;size_t *pcount_;
};

上述代码中，operator->的实现使用过operator*来实现。这两个函数一般只实现一个，另一个直接调用即可

该类中引用计数是采用指针的方式实现的，当对智能指针进行赋值、拷贝时，可以利用指针的特性让两个对象的引用计数同时指向一块内存，共享引用计数

operator=的实现也是采用swap方式，避免重新分配内存，而且可以处理自赋值的情况

测试

int main(int argc, char const *argv[])
{mysmartpointer<string> spstr1(new string("1234"));mysmartpointer<string> spstr2=spstr1;cout<<spstr1.use_count()<<endl;cout<<spstr2.use_count()<<endl;cout<<"------"<<endl;mysmartpointer<string> spstr3;spstr3=spstr1;spstr1=spstr1;cout<<spstr3.use_count()<<endl;cout<<spstr1.use_count()<<endl;cout<<spstr2.use_count()<<endl;cout<<spstr1->size()<<endl;if (spstr1) {cout<<"spstr1 is not nullptr"<<endl;}return 0;
}

参考

《C++ Primer》

《More Effective C++》

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