手写智能指针的C++简单实现(赋值运算符重载时考虑空指针的情况)

一、引言
  本篇智能指针单指shared_ptr指针。
  大概需要完成以下主要功能：
  1、无参构造函数
  2、有参构造函数(传入指针)
  3、拷贝构造函数
  4、赋值运算符重载
   5、功能函数：返回引用计数…(不再列举)
  6、析构函数
二、需求分析
  1、构造函数中，加入explicit关键字，防止原始指针隐式的转化为智能指针。
  2、当智能指针指向的内存为nullptr时，引用计数的值为0。
  3、智能指针内部封装了一个原始指针成员，指向目标内存，类型不确定，故采用模板类书写该类。
  4、由于不同智能指针指向同一块内存时，共享引用计数；故需要定义一个int* 指针成员，指向堆区的引用计数的值。
  5、delete nullpt是时安全的，故下述代码有这样的写法，使代码更紧凑。
三、代码书写
  类代码实现：

#include<iostream>
using namespace std;

template<class T>
class Shared_ptr {
public:
	//无参构造
	Shared_ptr():m_ptr(new T), m_count(new int(0)) {}
	//有参构造
	explicit Shared_ptr(T* p) :m_ptr(p), m_count(new int) {
		if (!p) {
			*(this->m_count) = 0;
		}
		else {
			*(this->m_count) = 1;
		}
	}
	//拷贝构造
	Shared_ptr(const Shared_ptr& p) {
		this->m_ptr = p.m_ptr;
		this->m_count = p.m_count;
		(*(this->m_count))++;
	}

    /*重点，面试常考*/
	//赋值运算符重载(p1指this对象，p2指形参)
	Shared_ptr& operator=(const Shared_ptr& p) {
		if (this == &p) return *this;//p1和p2指向同一块内存 无操作
		//步骤1：考虑是否清空p1
		if ((*this->m_count) > 1) {
			(*(this->m_count))--;
		}
		else{ //引用计数为1/0，清空p1的内存和引用计数
			delete this->m_ptr;
			delete this->m_count;
			this->m_ptr = nullptr;
			this->m_count = nullptr;
		}
		//步骤2：p2赋值给p1做的操作
		if (p.m_ptr != nullptr) {  //p2不为空
			this->m_ptr = p.m_ptr;
			this->m_count = p.m_count;
		}
		else {               //p2为空
			this->m_ptr = p.m_ptr;
			this->m_count = new int(0);//重新开辟一块内存记录0，防止析构时重复释放
		}
		return *this;
	}

	//功能函数：获得引用计数
	int getCount() {
		return *m_count;
	}
	/*此处还可根据shared_ptr的一些功能，灵活添加函数*/
	//析构函数
	~Shared_ptr() {
		if (!m_ptr || (*m_count == 1)) { // 只有当前指针指向空或者只有一个指向对象时释放内存
			delete m_count;
			delete m_ptr;
			m_ptr = nullptr;
			m_count = nullptr;
		}
		else {  // 否则只减少引用计数
			--(*m_count);
		}
	}
private:
	T* m_ptr;//原始指针
	int* m_count;//引用计数
};

//测试代码
void test1() {
	// 检查构造函数是否正常工作
	Shared_ptr<int> p1(new int(1));
	cout << "p1 cnt:" << p1.getCount() << endl;
	// 检查拷贝构造是否正常工作
	{
		Shared_ptr<int> p2(p1);
		cout << "p2 cnt:" << p2.getCount() << endl;
		cout << "p1 cnt:" << p1.getCount() << endl;
	}
	//cout << << endl;
	// 检查引用计数是否正常工作
	cout << "p1 cnt:" << p1.getCount() << endl;

	// 检查默认初始化时计数是否正常
	Shared_ptr<int> p4;
	cout << "p4 cnt:" << p4.getCount() << endl;
	// 检查拷贝赋值是否正常工作
	p4 = p1;
	cout << "p1 cnt:" << p1.getCount() << " p4 cnt:" << p4.getCount() << endl;
	Shared_ptr<int> p_left(new int(100));
	Shared_ptr<int> p_right(nullptr);
	p_left = p_right;
	cout << "p_left cnt:" << p_left.getCount() << endl;	
}

int main() {
	test1();
	system("pause");
	return 0;
}

四、需注意的点（重载赋值运算符）
  此代码参考了https://blog.youkuaiyun.com/zsiming/article/details/125542007
但该博客未考虑如下情况(即将一个空的指针指针赋值给其他智能指针)：

    Shared_ptr<int> p_left(new int(100));
	Shared_ptr<int> p_right(nullptr);
	p_left = p_right;

在该博客中，由于在测试函数中加入了这几行代码，导致析构时程序崩溃。
  原因是：p_right的引用计数m_count和p_left 指向了同一块内存(记为a)，且值均为0；这样就导致p_left 和p_right进入析构函数时，由于检测到引用计数为0，会对内存a析构2次，造成程序崩溃。
解决方法：
  1、将浅拷贝转为深拷贝，赋值时，p_left 重新开辟一段内存记录引用计数0值(原来的空间被释放)，不和 p_right 指向同一块引用计数内存(不会影响到后续该指针的使用，因为指向新内存时，其引用计数的指向会跟着改变)；
  2、不将原来 p_left 的引用计数内存(值为0)释放覆盖。
我的代码采用的是第一种方法：

......
this->m_ptr = p.m_ptr;
this->m_count = new int(0);//重新开辟一块内存记录0，防止析构时重复释放
......

  重新开辟了一块堆区，存放引用计数0。这样代码更为紧凑。
  如有不足，敬请指正。