智能指针的底层实现

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本文详细介绍了Boost库中几种智能指针(auto_ptr、scoped_ptr、shared_ptr)的实现原理及使用场景，包括资源管理机制、权限控制、引用计数等核心概念，并探讨了线程安全问题。

引入：定义一个类来封装资源的分配和释放，在构造函数完成资源的分配和初始化，在析构函数完成资源的清理。
boost库的智能指针
auto_ptr：资源转移，当使用拷贝构造，赋值操作时将资源转移，并将自己的资源置为空
加权限，当使用拷贝构造，赋值操作时资源不释放，只是将权限改为false，当权限为true时&&资源不为空时，才可以释放资源。
scoped_ptr：将拷贝构造，赋值操作设置为私有的或者保护的.
shared_ptr：采用引用计数的方式实现，每个对象都私有一个计数区域，表示多少个对象指向它。只有当_ptr不为空并且计数为1时才可以释放资源。
存在的线程安全问题
1. 同一个shared_ptr对象可以被多线程同时读取。
2. 不同的shared_ptr对象可以被多线程同时修改。
3. 同一个shared_ptr对象不能被多线程直接修改，但可以通过原子函数完成。
实现代码

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>
using namespace std;
//auto_ptr权限转移
template<class T>
class AutoPtr
{
private:
    T* _ptr;
public:
    AutoPtr(T* ptr = NULL)
        :_ptr(ptr)
    {}
    AutoPtr(AutoPtr<T>& at)
        :_ptr(at._ptr)
    {
        at._ptr = NULL;
    }
    AutoPtr<T>& operator=(AutoPtr<T>& at)
    {
        if (this != &at)
        {
            delete _ptr;
            _ptr = at._ptr;
            at._ptr = NULL;
        }
        return *this;
    }
    T& operator*()const
    {
        return *(_ptr);
    }
    T* operator->()const
    {
        return _ptr;
    }
    ~AutoPtr()
    {
        if (_ptr != NULL)
        {
            delete _ptr;
            _ptr = NULL;
        }
        cout << "~AutoPtr()" << endl;
    }
};
template<class T>
class AutoPtrTwo
{
private:
    T* _ptr;
    mutable bool _owner;//加权限，当有权限时才能释放资源，否则不可以
public:
    AutoPtrTwo(T* ptr = NULL)
        :_ptr(ptr)
        , _owner(true)
    {}
    AutoPtrTwo(const AutoPtrTwo<T>& at)
        :_ptr(at._ptr)
        , _owner(true)
    {
        at._owner = false;
    }
    AutoPtrTwo<T>& operator=(const AutoPtrTwo<T>& at)
    {
        if (this != &at)
        {
            if (_owner)
                delete _ptr;
            _ptr = at._ptr;
            _owner = at._owner;
            at._owner = false;
        }
        return *this;
    }
    T& operator*()const
    {
        return *(_ptr);
    }
    T* operator->()const
    {
        return _ptr;
    }
    ~AutoPtrTwo()
    {
        if (_ptr  && _owner)
        {
            delete _ptr;
            _ptr = NULL;
        }
        cout << "~AutoPtrTwo()" << endl;
    }
};
//scoped_ptr，防拷贝实现
template<class T>
class ScopedPtr
{
private:
    T* _ptr;
private:
    ScopedPtr(const ScopedPtr<T>& sp);
    ScopedPtr<T>& operator=(const ScopedPtr<T>& sp);
public:
    ScopedPtr(T* ptr = NULL)
        :_ptr(ptr)
    {}
    T& operator*()const
    {
        return *(_ptr);
    }
    T* operator->()const
    {
        return _ptr;
    }
    ~ScopedPtr()
    {
        if (_ptr)
        {
            delete _ptr;
            _ptr = NULL;
        }
    }
};
//shared_ptr,采用引用计数
template<class T>
class SharedPtr
{
private:
    T* _ptr;
    mutable int* _pCount;
public:
    SharedPtr(T* ptr = NULL)
        :_ptr(ptr)
    {
        if (_ptr)
            _pCount = new int(1);
    }
    SharedPtr(const SharedPtr<T>& sdp)
        :_ptr(sdp._ptr)
        , _pCount(new int(1))
    {
        ++(*_pCount);
    }
    SharedPtr<T>& operator=(const SharedPtr<T>& sdp)
    {
        if (this != &sdp)
        {
//          if (_ptr && (--(*_pCount) == 0))
//          {
//              delete _ptr;
//              _ptr = NULL;
//              delete _pCount;
//              _pCount = NULL;
//          }
            Realease();
            ++*(sdp._pCount);
        }
        return *this;
    }
    T& operator*()const
    {
        return *(_ptr);
    }
    T* operator->()const
    {
        return _ptr;
    }
    ~SharedPtr()
    {
        Realease();
        cout << "~SharedPtr()" << endl;
    }
private:
    void Realease()
    {
        if ((_ptr) && (--(*this->_pCount) == 0))
        {
            delete _pCount;
            _pCount = NULL;
            delete _ptr;
            _ptr = NULL;
        }
    }
};

测试代码

#include "Ptr.hpp"


void TestAutoPtr()
{
    int a = 10;
    int* p=&a;
    AutoPtr<int> at;
    AutoPtr<int> at1(p);
    AutoPtr<int> at2(at1);
    at = at2;
}
void TestAutoPtrTwo()
{
    int b = 20;
    int* pt = &b;
    AutoPtrTwo<int> att;
    AutoPtrTwo<int> att1(pt);
    AutoPtrTwo<int> att2(att1);
    att = att2;
}

void TestSocpedPtr()
{
    //int a = 30;
    int* p3 = new int(14);
    //int *p3 = &a;
    ScopedPtr<int> sp;
    ScopedPtr<int> sp1(p3);
    cout << *sp1 << endl;
}
void TestSharedPtr()
{
    int* p4 = new int(50);
    SharedPtr<int> sdp;
    SharedPtr<int> sdp1(p4);
    SharedPtr<int> sdp2(sdp1);
    sdp = sdp2;

}

int main()
{
    //TestAutoPtr();
    //TestAutoPtrTwo();
    //TestSocpedPtr();
    TestSharedPtr();

    return 0;
}