【C++】智能指针

1.RAII

RAII（Resource Acquisition Is Initialization）是一种利用对象生命周期来控制程序资源（如内存、文件句柄、网络连接、互斥量等等）的简单技术。

在对象构造时获取资源，接着控制对资源的访问使之在对象的生命周期内始终保持有效，最后在对象析构的时候释放资源。这样做的好处是：

• 不需要显式地释放资源。
• 采用这种方式，对象所需的资源在其生命期内始终保持有效。

2.智能指针

智能指针是一种预防型的内存泄漏的解决方案。智能指针在C++ 没有垃圾回收器环境下，可以很好的解决异常安全等带来的内存泄漏问题。
C++ 98版本库提供了auto_ptr的智能指针，C++11标准的智能指针加入了 unique_ptr和shared_ptr等指针。

1）auto_ptr

auto_ptr的实现原理：管理权转移。指向一个动态分配的对象指针，它的析构函数用于删除所指对象的空间，以此达到对对象生存期的控制。

template<class T>
class AutoPtr
{
public:
	AutoPtr(T* ptr = NULL)
		: _ptr(ptr)
	{}
	~AutoPtr()
	{
		if (_ptr)
			delete _ptr;
	}
	// 一旦发生拷贝，就将ap中资源转移到当前对象中，然后另ap与其所管理资源断开联系，
	// 这样就解决了一块空间被多个对象使用而造成程序奔溃问题
	AutoPtr(AutoPtr<T>& ap)
		: _ptr(ap._ptr)
	{
		ap._ptr = NULL;
	}
	AutoPtr<T>& operator=(AutoPtr<T>& ap)
	{
		// 检测是否为自己给自己赋值
		if (this != &ap)
		{
			// 释放当前对象中资源
			if (_ptr)
				delete _ptr;
			// 转移ap中资源到当前对象中
			_ptr = ap._ptr;
			ap._ptr = NULL;
		}
		return *this;
	}
	T& operator*() { return *_ptr; }
	T* operator->() { return _ptr; }
private:
	T* _ptr;
};

2）unique_ptr

unique_ptr的实现原理：简单粗暴的防拷贝

template<class T>
class UniquePtr
{
public:
	UniquePtr(T * ptr = nullptr)
		: _ptr(ptr)
	{}
	~UniquePtr()
	{
		if (_ptr)
			delete _ptr;
	}
	T& operator*() { return *_ptr; }
	T* operator->() { return _ptr; }
private:
	// C++98防拷贝的方式：只声明不实现+声明成私有
	UniquePtr(UniquePtr<T> const &);
	UniquePtr & operator=(UniquePtr<T> const &);
	// C++11防拷贝的方式：delete
	UniquePtr(UniquePtr<T> const &) = delete;
	UniquePtr & operator=(UniquePtr<T> const &) = delete;
private:
	T * _ptr;
};

3）shared_ptr

shared_ptr的原理：是通过引用计数的方式来实现多个shared_ptr对象之间共享资源。

• shared_ptr在其内部，给每个资源都维护了着一份计数，用来记录该份资源被几个对象共享。
• 在对象被销毁时(也就是析构函数调用)，就说明自己不使用该资源了，对象的引用计数减一。
• 如果引用计数是0，就说明自己是最后一个使用该资源的对象，必须释放该资源；
• 如果不是0，就说明除了自己还有其他对象在使用该份资源，不能释放该资源，否则其他对象就成野指针了。

#include <thread>
#include <mutex>
template <class T>
class SharedPtr
{
public:
	SharedPtr(T* ptr = nullptr)
		: _ptr(ptr)
		, _pRefCount(new int(1))
		, _pMutex(new mutex)
	{}
	~SharedPtr() 
	{ 
		Release();
	}
	SharedPtr(const SharedPtr<T>& sp)
		: _ptr(sp._ptr)
		, _pRefCount(sp._pRefCount)
		, _pMutex(sp._pMutex)
	{
		AddRefCount();
	}
	// sp1 = sp2
	SharedPtr<T>& operator=(const SharedPtr<T>& sp)
	{
		//if (this != &sp)
		if (_ptr != sp._ptr)
		{
			// 释放管理的旧资源
			Release();
			// 共享管理新对象的资源，并增加引用计数
			_ptr = sp._ptr;
			_pRefCount = sp._pRefCount;
			_pMutex = sp._pMutex;
			AddRefCount();
		}
		return *this;
	}
	T& operator*() { return *_ptr; }
	T* operator->() { return _ptr; }
	int UseCount() { return *_pRefCount; }
	T* Get() { return _ptr; }
	void AddRefCount()
	{
		// 加锁或者使用加1的原子操作
		_pMutex->lock();
		++(*_pRefCount);
		_pMutex->unlock();
	}
private:
	void Release()
	{
		bool deleteflag = false;
		// 引用计数减1，如果减到0，则释放资源
		_pMutex.lock();
		if (--(*_pRefCount) == 0)
		{
			delete _ptr;
			delete _pRefCount;
			deleteflag = true;
		}
		_pMutex.unlock();
		if (deleteflag == true)
			delete _pMutex;
	}
private:
	int* _pRefCount; // 引用计数
	T* _ptr; // 指向管理资源的指针
	mutex* _pMutex; // 互斥锁
};