[C++]实现shared_ptr

shared_ptr.h

// 2024/5/25/0025.

#include <utility>

namespace yuy {
    class ref_count {
    public:
        int use_count() const { return count_; }
        void inc_ref() { ++count_; }
        int dec_ref() { return --count_; }
    private:
        int count_{1};
    };

    template<typename T>
    class shared_ptr {
    public:
        explicit shared_ptr(T *ptr = nullptr);   // 默认构造与有参数构造函数结合
        ~shared_ptr();                           // 析构函数

        shared_ptr(const shared_ptr<T> &rhs);                // 拷贝构造函数
        shared_ptr<T> &operator=(const shared_ptr<T> &rhs);  // 拷贝赋值运算符

        shared_ptr(shared_ptr<T> &&rhs) noexcept;                 // 移动构造函数
        shared_ptr<T> &operator=(shared_ptr<T> &&rhs) noexcept;   // 移动赋值运算符

        void swap(shared_ptr<T> &rhs);  // 交换两个shared_ptr
        void reset();
        void reset(T *ptr);

        T *get() const;         // 返回原始指针
        T &operator*() const;   // 重载*
        T *operator->() const;  // 重载->

        int use_count() const;             // 返回引用计数
        bool unique() const;               // 引用计数是否为1
        explicit operator bool() const;    //

    private:
        T *ptr_{nullptr};
        ref_count *rep_{nullptr};
    };




    template<typename T>  // 默认参数一般在声明中出现,在定义中不能再出现
    shared_ptr<T>::shared_ptr(T *ptr): ptr_(ptr) {
        if(ptr) {
            rep_ = new ref_count{};
        }
    }

    template<typename T>
    shared_ptr<T>::~shared_ptr() {
        if(rep_ && !rep_->dec_ref()) {
            delete ptr_;
            delete rep_;
        }
    }

    template<typename T>
    shared_ptr<T>::shared_ptr(const shared_ptr<T> &rhs): ptr_(rhs.ptr_), rep_(rhs.rep_) {
        if(rep_) {
            rep_->inc_ref();
        }
    }

    // 这个过程中rhs引用计数会先自增,然后this指向rhs,临时对象销毁时会让之前this指向的shared_ptr引用计数-1
    // 可以理解为:临时对象构造的过程负责赋值的操作,临时对象析构的过程负责“善后”的工作。
    template<typename T>
    shared_ptr<T> &shared_ptr<T>::operator=(const shared_ptr<T> &rhs) {
        shared_ptr{ rhs }.swap(*this);
        return *this;
    }


    template<typename T>
    shared_ptr<T>::shared_ptr(shared_ptr<T> &&rhs) noexcept: ptr_(rhs.ptr_), rep_(rhs.rep_) {
        rhs.ptr_ = nullptr;
        rhs.rep_ = nullptr;
    }


    template<typename T>
    shared_ptr<T> &shared_ptr<T>::operator=(shared_ptr<T> &&rhs) noexcept{
        shared_ptr{ std::move(rhs) }.swap(*this);
        return *this;
    }

    template<typename T>
    void shared_ptr<T>::swap(shared_ptr<T> &rhs) {
        std::swap(ptr_, rhs.ptr_);
        std::swap(rep_, rhs.rep_);
    }

    template<typename T>
    void shared_ptr<T>::reset() {
        shared_ptr{}.swap(*this);
    }

    template<typename T>
    void shared_ptr<T>::reset(T *ptr) {
        shared_ptr{ ptr }.swap(*this);
    }

    template<typename T>
    T *shared_ptr<T>::get() const {
        return ptr_;
    }

    template<typename T>
    T &shared_ptr<T>::operator*() const {
        return *ptr_;
    }

    template<typename T>  // sp->m被解释为(sp.operator->())->m, 所以重载->运算符必须返回指针
    T *shared_ptr<T>::operator->() const {
        return ptr_;
    }

    template<typename T>
    int shared_ptr<T>::use_count() const {
        return rep_ ? rep_->use_count() : 0;
    }

    template<typename T>
    bool shared_ptr<T>::unique() const {
        return use_count() == 1;
    }

    template<typename T> // 类型转换函数
    shared_ptr<T>::operator bool() const {
        return static_cast<bool>(ptr_);
    }

}



shared_ptrC++中用于动态内存管理的智能指针之一。它能够记录对象被引用的次数,主要用于管理动态创建的对象的销毁。使用shared_ptr可以避免内存泄漏和悬挂指针等问题。 在C++中,实现shared_ptr通常需要以下几个步骤: 1. 定义一个模板类,例如SHARED_ptr,该类将作为智能指针使用。 2. 在SHARED_ptr类中,定义一个指针成员变量ptr,用于指向实际的对象。 3. 在SHARED_ptr类中,定义一个计数器类的指针成员变量refcount,用于记录对象被引用的次数。 4. 在SHARED_ptr类中,实现构造函数,用于初始化指针和计数器。 5. 在SHARED_ptr类中,实现拷贝构造函数和赋值操作符重载,用于处理多个智能指针共享同一对象的情况。 6. 在SHARED_ptr类中,实现析构函数,用于释放对象的内存空间。 7. 在SHARED_ptr类中,实现箭头运算符重载和解引用运算符重载,用于访问对象的成员函数和数据。 8. 在SHARED_ptr类外部,实现计数器类RefCount,用于记录对象被引用的次数,并在引用次数为0时释放对象的内存空间。 实现shared_ptr的详细代码如下所示: ```cpp template <class T> class SHARED_ptr { private: T* ptr; // 用来指向堆区对象 RefCount<T>* refcount; // 指向计数器对象的指针 public: SHARED_ptr(T* p) : ptr(p), refcount(new RefCount<T>()) { refcount->increment(); } SHARED_ptr(const SHARED_ptr<T>& other) : ptr(other.ptr), refcount(other.refcount) { refcount->increment(); } ~SHARED_ptr() { if (refcount->decrement() == 0) { delete ptr; delete refcount; } } T* operator->() const { return ptr; } T& operator*() const { return *ptr; } SHARED_ptr& operator=(const SHARED_ptr<T>& other) { if (this != &other) { if (refcount->decrement() == 0) { delete ptr; delete refcount; } ptr = other.ptr; refcount = other.refcount; refcount->increment(); } return *this; } }; ``` 以上是一个简单的C++实现shared_ptr的示例代码。通过使用shared_ptr,我们可以方便地管理动态创建的对象的生命周期,并避免内存泄漏和悬挂指针等问题。
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