(C++)智能指针的模拟实现及使用

之前写了一篇博客是关于智能指针的“发展历史”和内核。
博客可戳 -> http://blog.youkuaiyun.com/JS_Evey/article/details/78021568
但其实内容讲的还是有些泛了，不如自己动手理解来得真切。
那今天，就来用自己的方法来实现一下智能指针的功能吧：D

• 在动手用代码之前，我们先来梳理一下思路：
  1、智能指针并不是真正意义上的指针，而是一个模拟指针功能的类。
  2、因为智能指针最重要的功能就是使用引用计数，所以我们在实现的时候要特别注意这一点。
  3、所有的智能指针都会重载operator*和operator->。
  4、智能指针同时也是一个数据类型，一般用模板类来实现。
  5、同时，我们还需要重载赋值运算符，并对引用计数进行相关的改动。
  6、shared_ptr允许多个指针指向同一个对象，unique_ptr/scopede_ptr则是”独占“所指向的对象。

auto_ptr

模拟实现：

template <class T>
class AutoPtr
{
public:
    AutoPtr(T* ptr)
        :_ptr(ptr)
    {}

    ~AutoPtr()
    {
        if (_ptr)
        {
            delete _ptr;
            _ptr = NULL;
        }
    }

    AutoPtr(const AutoPtr<T>& s)
        : _ptr(s._ptr)
    {
        s._ptr = NULL;
    }

    AutoPtr& operator= (AutoPtr<T>& s)
    {
        if (s._ptr != _ptr)
        {
            if (_ptr)
                delete _ptr;

            _ptr = s._ptr;
            s._ptr = NULL;
        }
        return *this;
    }

    T* operator->()
    {
        return _ptr;
    }

    T& operator*()
    {
        return *_ptr;       
    }
private:
    T* _ptr;
};

测试：

int main()
{
    auto_ptr<string> ps1(new string("Hello, auto_ptr!"));
    cout << "The content is: " << *ps1 << endl;

    AutoPtr<string> ps2(new string("Hello, AutoPtr!"));
    cout << "The content is: " << *ps2 << endl;

    getchar();
}

运行结果：

unique_ptr/scoped_ptr

模拟实现：

template <class A>
class ScopedPtr
{
public:
    ScopedPtr(A* ptr)
        :_ptr(ptr)
    {}

    ~ScopedPtr()
    {
        if (_ptr)
        {
            delete _ptr;
            _ptr = NULL;
        }
    }

    A* operator->()
    {
        return _ptr;
    }

    A& operator*()
    {
        return *_ptr;
    }
private:
    ScopedPtr(const ScopedPtr<A>&s);//禁止使用拷贝构造函数
    ScopedPtr& operator=(ScopedPtr<A>& s);//禁止赋值构造
private:
    A* _ptr;
};

shared_ptr

• 可以认为每个shared-ptr都有一个关联的计数器，通常称其为引用计数。
• 无论何时，每当拷贝一个shared-ptr之后，计数器都会递增。
• 而当我们给shared-ptr赋予一个新值或是shared-ptr被销毁时，计数器就会递减。
• 一旦一个shared-ptr离开其作用域时，计数器就会递减。
• 当shared-ptr的计数器变为0，它就会自动释放自己所管理的对象。

代码实现：

template<class B>
class SharedPtr
{
public:
    SharedPtr(B* s)
        :_ptr(s)
        , _count(new int(1))
    {}

    ~SharedPtr()
    {
        if (--(*_count) == 0)
        {
            delete _ptr;
            _ptr = NULL;
            delete _count;
            _count = NULL;
        }
    }

    SharedPtr(SharedPtr<B>& s)
        :_ptr(s._ptr)
        , _count(s._count)
    {
        (*_count)++;
    }

    SharedPtr<B>& operator=(ScopedPtr<B>& s)
    {
        if (_ptr != s._ptr)
        {
            if (--(*count) == 0)
            {
                delete _ptr;
                _ptr == NULL;
                delete _count;
                _count == NULL;
            }

            _ptr(s._ptr);
            _count(s._count);
            (*count)++:

        }
        return *this;
    }

    B& operator*()
    {
        return *_ptr;
    }

    B* operator->()
    {
        return _ptr;
    }

    int GetCount()
    {
        return *_count;
    }

    B* GetPtr()const
    {
        return _ptr;
    }
private:
    int* _count;//引用计数
    B* _ptr;
};

测试代码：

int main()
{
    SharedPtr<string> ps1(new string("Hello, SharedPtr!"));
    SharedPtr<string> ps3(ps1);    // 允许复制
    SharedPtr<string> ps2 = ps1;   // 允许赋值

    cout << "Count is: " << ps1.GetCount() << ", "
        << ps2.GetCount() << ", " << ps3.GetCount() << endl;
    cout << "ps1 is: " << *ps1 << ", ptr value is: " << ps1.GetPtr() << endl;
    cout << "ps2 is: " << *ps2 << ", ptr value is: " << ps2.GetPtr() << endl;
    cout << "ps3 is: " << *ps3 << ", ptr value is: " << ps3.GetPtr() << endl;
    cout << endl;

    shared_ptr<string> ps4(new string("Hello, shared_ptr!"));
    shared_ptr<string> ps5(ps4);    // 允许复制
    shared_ptr<string> ps6 = ps4;   // 允许赋值

    cout << "Count is: " << ps4.use_count() << ", " 
    << ps5.use_count() << ", " << ps6.use_count() << endl;
    cout << "ps1 is: " << *ps4 << ", ptr value is: " << ps4.get() << endl;
    cout << "ps2 is: " << *ps5 << ", ptr value is: " << ps5.get() << endl;
    cout << "ps3 is: " << *ps6 << ", ptr value is: " << ps6.get() << endl;
    cout << endl;
    shared_ptr<string> ps7 = move(ps4); // 注意ps1在move之后，就“失效”了，什么都是“0”

    cout << "Count is: " << ps4.use_count() << ", " 
    << ps5.use_count() << ", " << ps6.use_count() << ", " << ps7.use_count() << endl;
    cout << "ps4 is: " << ps4.get() << endl;
    cout << "ps7 is: " << *ps7 << ", ptr value is: " << ps7.get() << endl;


    getchar();
    return 0;

}

代码实现：

weak_ptr

• weak_ptr是一种不控制所指向对象生存期的智能指针，它指向由一个shared_ptr管理的对象。
• 将一个weak_ptr绑定到一个shared_ptr上，不会改变shared_ptr的引用计数。
• 一旦最后一个指向对象的shared_ptr被销毁，对象就会被释放。
• 即使有weak_ptr指向对象，对象也还是会被释放。

代码实现：

class WeakPtr
{
public:
    WeakPtr()
        :_ptr(NULL)
    {}

    WeakPtr(WeakPtr<C>& s)
        :_ptr(s._ptr)
    {}

    ~WeakPtr()
    {
        if (_ptr)
        {
            delete _ptr;
            _ptr = NULL;
        }
    }

    C* operator->()
    {
        return _ptr;
    }

    C& operator*()
    {
        return *_ptr;
    }
private:
    C* _ptr;
};