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C++中的智能指针源码解析

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dashen47 2024-11-20T08:03:13+08:00
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在C++中，智能指针是一种用于管理动态分配的对象的工具，它可以自动在适当的时候释放内存，避免了手动调用delete操作符的麻烦。本文将对C++中的智能指针进行源码解析，以帮助读者更好地理解其工作原理和用法。

1. 智能指针的基本概念

智能指针是一个类模板，它的实例行为类似于指针，但它还有一些额外的功能。智能指针通常在构造函数中接收一个原始指针并将其管理起来，并在其析构函数中释放指针所指向的内存。

C++标准库提供了两种主要类型的智能指针：std::shared_ptr和std::unique_ptr。std::shared_ptr允许多个智能指针共享同一块内存，而std::unique_ptr只允许一个智能指针拥有该内存。此外，C++11还引入了std::weak_ptr，它是std::shared_ptr的一个弱引用，可以用于避免循环引用的问题。

2. 智能指针的源码分析

2.1. std::shared_ptr源码解析

下面是std::shared_ptr的简化源码示例：

template<class T>
class shared_ptr {
public:
    shared_ptr(T* ptr) : ptr_(ptr), ref_count_(new size_t(1)) {}
    
    shared_ptr(const shared_ptr<T>& other) : ptr_(other.ptr_), ref_count_(other.ref_count_) {
        ++(*ref_count_);
    }
    
    ~shared_ptr() {
        if (--(*ref_count_) == 0) {
            delete ptr_;
            delete ref_count_;
        }
    }
    
    //...
    
private:
    T* ptr_;
    size_t* ref_count_;
};

在该示例中，shared_ptr以模板形式定义，它的构造函数接收一个原始指针，并将其保存在ptr_成员变量中。同时，为了跟踪资源被引用的次数，还定义了一个ref_count_指针成员变量，它指向一个size_t类型的整数。

每当一个新的shared_ptr被创建时，都会在堆上分配一个新的ref_count_，并初始化为1。当shared_ptr通过拷贝构造函数被复制时，它们会共享相同的ref_count_，并递增该计数。

在shared_ptr的析构函数中，首先递减ref_count_的值。如果计数变为0，说明没有引用该资源的shared_ptr了，可以安全地释放内存。同时，也需要释放ref_count_的内存。

2.2. std::unique_ptr源码解析

下面是std::unique_ptr的简化源码示例：

template<class T>
class unique_ptr {
public:
    unique_ptr(T* ptr) : ptr_(ptr) {}
    
    ~unique_ptr() {
        delete ptr_;
    }
    
    //...
    
private:
    T* ptr_;
};

与shared_ptr不同，unique_ptr不需要维护引用计数。它的构造函数接收一个原始指针，并将其保存在ptr_成员变量中。在析构函数中，直接删除指针所指向的内存。

unique_ptr在拷贝构造函数和拷贝赋值运算符中使用了删除函数（deleted function）来禁止拷贝和赋值，这是为了确保只有一个unique_ptr拥有该资源。

3. 智能指针的使用示例

下面是一个使用std::shared_ptr和std::unique_ptr的示例：

#include <iostream>
#include <memory>

class MyClass {
public:
    MyClass() {
        std::cout << "MyClass constructor" << std::endl;
    }
    
    ~MyClass() {
        std::cout << "MyClass destructor" << std::endl;
    }
    
    void doSomething() {
        std::cout << "Doing something" << std::endl;
    }
};

int main() {
    std::cout << "Using std::shared_ptr" << std::endl;
    std::shared_ptr<MyClass> shared(new MyClass);
    shared->doSomething();
    
    std::cout << "Using std::unique_ptr" << std::endl;
    std::unique_ptr<MyClass> unique(new MyClass);
    unique->doSomething();
    
    return 0;
}

在上述示例中，首先创建了一个std::shared_ptr，并调用了它的成员函数。然后，创建了一个std::unique_ptr，同样调用了它的成员函数。在程序结束时，会自动调用智能指针的析构函数，释放内存。

4. 总结

智能指针是C++中一种强大的工具，它可以大大简化动态内存管理，并帮助避免内存泄漏的问题。本文对C++中的智能指针进行了源码解析，并给出了使用示例。希望读者通过本文的介绍，对智能指针有更深入的理解，并能够正确、安全地使用它们。

# 智能指针 # 源码

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