自己动手构造一个shared_ptr （未完待续）

自己动手构造一个shared_ptr（未完待续）

1. shared_ptr 功能 & 特点

shared_ptr是一种智能指针（smart pointer），作用有如同指针，但会记录有多少个shared_ptrs共同指向一个对象。这便是所谓的引用计数（reference counting）。一旦最后一个这样的指针被销毁，也就是一旦某个对象的引用计数变为0，这个对象会被自动删除。这在非环形数据结构中防止资源泄露很有帮助。

shared_ptr 是C++11提供的一种智能指针类，它足够智能，可以在任何地方都不使用时自动删除相关指针，从而帮助彻底消除内存泄漏和悬空指针的问题。它遵循共享所有权的概念，即不同的 shared_ptr 对象可以与相同的指针相关联，并在内部使用引用计数机制来实现这一点。

2. 明确需求

• 指针：因为本身shared_ptr就是封装一个指针的功能；

• 引用计数：要求不同的shared_ptr对象都可以访问同一个ref_cnt （reference count）；

• 构造函数：指针指向，ref_cnt赋值 / 修改；

• 析构函数：引用计数 - 1，

  • 如果引用计数 == 0，需要delete 引用计数和指针。

• 可以输出当前引用计数 （use_count()）

• 可以自定义删除器；

• 未完待续…

3. 开写

3.1 构建类，使用模板，创建构造函数

使用类名称my_shared_ptr，创建构造函数和析构函数。

• 指针：创建my_shared_ptr的指针，这里用的是T* my_ptr;
• 引用计数：定义引用计数ref_cnt，注意这里用的是指针（而不是普通变量），为了不同的my_shared_ptr都可以访问。
• 构造函数，指针指向，ref_cnt赋值 / 修改。

class my_shared_ptr {
public:
    my_shared_ptr(T* to_be_pointed) {
        my_ptr = to_be_pointed;
        ref_cnt = new int(1);
    }

    my_shared_ptr(const my_shared_ptr& origin_ptr) {
        my_ptr = origin_ptr.my_ptr;
        ref_cnt = origin_ptr.ref_cnt;
        ++(*ref_cnt);
    }
    
    ~my_shared_ptr() {}
private:
    T* my_ptr;
    int* ref_cnt; // reference count pointer
};

3.2 析构函数

• 析构函数：引用计数 - 1，
  • 如果引用计数 == 0，需要delete 引用计数和指针。

~my_shared_ptr() {
    --(*ref_cnt);
    if ((*ref_cnt) == 0) {

        // 释放内存空间
        delete my_ptr;
        delete ref_cnt;

        // 避免野指针产生
        my_ptr = nullptr;
        ref_cnt = nullptr;

        cout << "real destructed" << endl;
    }
}

其实我这里定义的是默认的销毁，但是可能if (*(ref_cnt) == 0) {deleter();}不过在构造的时候要传入自定义的deleter()函数的地址。举例：给shared_ptr添加自定义删除器

3.3 use_count

• 能输出当前引用计数👇

int used_count() {
	return *(this -> ref_cnt); 
}

3.4 自定义删除器

• 这里的含义就是自定义销毁程序，因为传入的类不一定可以直接使用delete完美消除，因此可以这样写👇

首先在类内定义函数指针👇

void (*my_deleter)(T* p); // my deleter

自定义销毁函数👇（我这里直接定义成int类型）

// 这里的deleter是针对某种类型的p自定义删除函数
void deleter(int* p) {
    delete p;
    p = nullptr;
}

创建相应的构造函数（传入函数指针，并保存在类内函数指针中）👇

my_shared_ptr(const my_shared_ptr& origin_ptr, void (*input_my_deleter)(int *p)) {
    my_ptr = origin_ptr.my_ptr;
    ref_cnt = origin_ptr.ref_cnt;
    ++(*ref_cnt);

    my_deleter = input_my_deleter;
}

析构函数做出相应改变👇（就是将delete my_ptr;改成调用my_deleter(my_ptr);）

~my_shared_ptr() {
    --(*ref_cnt);
    if ((*ref_cnt) == 0 && my_deleter == nullptr) {

        // 释放内存空间
        delete my_ptr;
        delete ref_cnt;

        // 避免野指针产生
        my_ptr = nullptr;
        ref_cnt = nullptr;

        cout << "real destructed (ref_cnt = 0)" << endl;
    } else if ((*ref_cnt) == 0 && my_deleter) {
        my_deleter(my_ptr);

        delete ref_cnt;
        ref_cnt = nullptr;

		cout << "real destructed (ref_cnt = 0)" << endl;
	}
}

4. 完整测试程序

4.1 cpp代码👇（具体实现含义已经在前面讲过）

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std; 
template<class T>

// void deleter(int* p);

class my_shared_ptr {
public:
    my_shared_ptr(T* to_be_pointed) {
        my_ptr = to_be_pointed;
        ref_cnt = new int(1);
    }

    my_shared_ptr(const my_shared_ptr& origin_ptr) {
        my_ptr = origin_ptr.my_ptr;
        ref_cnt = origin_ptr.ref_cnt;
        ++(*ref_cnt);
    }

    my_shared_ptr(const my_shared_ptr& origin_ptr, void (*input_my_deleter)(int *p)) {
        my_ptr = origin_ptr.my_ptr;
        ref_cnt = origin_ptr.ref_cnt;
        ++(*ref_cnt);

        my_deleter = input_my_deleter;
    }

    int used_count() {
        if (ref_cnt != nullptr) {
            return *(this -> ref_cnt); 
        } else {
            return 0;
        }
    }

    ~my_shared_ptr() {
        --(*ref_cnt);
        if ((*ref_cnt) == 0 && my_deleter == nullptr) {
            
            // 释放内存空间
            delete my_ptr;
            delete ref_cnt;

            // 避免野指针产生
            my_ptr = nullptr;
            ref_cnt = nullptr;

            cout << "real destructed (ref_cnt = 0)" << endl;
        } else if ((*ref_cnt) == 0 && my_deleter) {
            my_deleter(my_ptr);
            
            delete ref_cnt;
            ref_cnt = nullptr;

            cout << "real destructed (ref_cnt = 0)" << endl;
        }
    }
private:
    T* my_ptr;
    int* ref_cnt; // reference count pointer
    void (*my_deleter)(T* p); // my deleter
};

// 这里的deleter是针对某种类型的p自定义删除函数
void deleter(int* p) {
    delete p;
    p = nullptr;
}


int main() {
    int* p = new int(123);
    my_shared_ptr<int> p1(p);
    std::cout << "use_count: " << p1.used_count() << std::endl;
    my_shared_ptr<int> p2(p1);
    std::cout << "use_count: " << p1.used_count() << std::endl;
    my_shared_ptr<int> p3(p2, deleter);
    std::cout << "use_count: " << p1.used_count() << std::endl;

    p1.~my_shared_ptr();
    std::cout << "use_count: " << p3.used_count() << std::endl;
    p2.~my_shared_ptr();
    std::cout << "use_count: " << p3.used_count() << std::endl;
    p3.~my_shared_ptr();

    exit(0);
}

4.2 Linux下运行命令

上述代码保存在my_shared_ptr.cpp中

编译👇

g++ my_shared_ptr.cpp -o my_shared_ptr

运行👇

./my_shared_ptr 

4.3 运行结果

levi@LEVI1:~/code$ g++ my_shared_ptr.cpp -o my_shared_ptr
levi@LEVI1:~/code$ ./my_shared_ptr 
use_count: 1
use_count: 2
use_count: 3
use_count: 2
use_count: 1
real destructed (ref_cnt = 0)

未完待续…

可能还需要加入的有：weak ptr的协同；运算符的重载（比如=）。