[8]C++智能指针的简单实现
2015-01-18 12:30
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智能指针(smart pointer)是存储指向动态分配(堆)对象指针的类,用于生存期控制,能够确保自动正确的销毁动态分配的对象,防止内存泄露。它的一种通用实现技术是使用引用计数(reference count)。智能指针类将一个计数器与类指向的对象相关联,引用计数跟踪该类有多少个对象共享同一指针。每次创建类的新对象时,初始化指针并将引用计数置为1;当对象作为另一对象的副本而创建时,拷贝构造函数拷贝指针并增加与之相应的引用计数;对一个对象进行赋值时,赋值操作符减少左操作数所指对象的引用计数(如果引用计数为减至0,则删除对象),并增加右操作数所指对象的引用计数;调用析构函数时,构造函数减少引用计数(如果引用计数减至0,则删除基础对象)。
智能指针就是模拟指针动作的类。所有的智能指针都会重载 -> 和 * 操作符。智能指针还有许多其他功能,比较有用的是自动销毁。这主要是利用栈对象的有限作用域以及临时对象(有限作用域实现)析构函数释放内存。当然,智能指针还不止这些,还包括复制时可以修改源对象等。智能指针根据需求不同,设计也不同(写时复制,赋值即释放对象拥有权限、引用计数等,控制权转移等)。auto_ptr 即是一种常见的智能指针。
包含指针的类需要特别注意复制控制,原因是复制指针时只复制指针中的地址,而不会复制指针指向的对象。
大多数C++类用三种方法之一管理指针成员
(1)不管指针成员。复制时只复制指针,不复制指针指向的对象。当其中一个指针把其指向的对象的空间释放后,其它指针都成了悬浮指针。这是一种极端
(2)当复制的时候,即复制指针,也复制指针指向的对象。这样可能造成空间的浪费。因为指针指向的对象的复制不一定是必要的。
(3) 第三种就是一种折中的方式。利用一个辅助类来管理指针的复制。原来的类中有一个指针指向辅助类,辅助类的数据成员是一个计数器和一个指针(指向原来的)(此为本次智能指针实现方式)。
其实,智能指针的引用计数类似于java的垃圾回收机制:java的垃圾的判定很简答,如果一个对象没有引用所指,那么该对象为垃圾。系统就可以回收了。
智能指针通常用类模板实现:
template <class T>
class smartpointer
{
private:
T *_ptr;
public:
smartpointer(T *p) : _ptr(p) //构造函数
{
}
T& operator *() //重载*操作符
{
return *_ptr;
}
T* operator ->() //重载->操作符
{
return _ptr;
}
~smartpointer() //析构函数
{
delete _ptr;
}
};
代码一:
class Point //基础对象类,要做一个对Point类的智能指针
{
public:
Point(int xVal = 0, int yVal = 0):x(xVal),y(yVal) { }
int getX() const { return x; }
int getY() const { return y; }
void setX(int xVal) { x = xVal; }
void setY(int yVal) { y = yVal; }
private:
int x,y;
};
class RefPtr //辅助类
{//该类成员访问权限全部为private,因为不想让用户直接使用该类
friend class SmartPtr; //定义智能指针类为友元,因为智能指针类需要直接操纵辅助类
RefPtr(Point *ptr):p(ptr), count(1) { }
~RefPtr() { delete p; }
int count; //引用计数
Point *p; //基础对象指针
};
class SmartPtr //智能指针类
{
public:
SmartPtr(Point *ptr):rp(new RefPtr(ptr)) { } //构造函数
SmartPtr(const SmartPtr &sp):rp(sp.rp) { //复制构造函数
++rp->count;
}
SmartPtr& operator=(const SmartPtr& rhs) { //重载赋值操作符
++rhs.rp->count; //首先将右操作数引用计数加1,
if (--rp->count == 0) //然后将引用计数减1,可以应对自赋值
delete rp;
rp = rhs.rp;
return *this;
}
~SmartPtr() { //析构函数
if (--rp->count == 0) //当引用计数减为0时,删除辅助类对象指针,从而删除基础对象
delete rp;
}
private:
RefPtr *rp; //辅助类对象指针
};
int main()
{
Point *p1 = new Point(10, 8);
SmartPtr sp1(p1); //此时sp1.rp->count = 1
SmartPtr sp2(sp1); //首先将sp1.rp->count赋给sp2.rp->count,之后sp2.rp->count++,这时sp1,sp2的rp是同一个对象
Point *p2 = new Point(5, 5);
SmartPtr sp3(p2);
sp3 = sp1;
return 0;
}
代码二:
转载:
http://blog.csdn.net/hackbuteer1/article/details/7561235 http://www.cnblogs.com/yangshaoning/archive/2012/03/18/cpp_smart_pointer.html
智能指针就是模拟指针动作的类。所有的智能指针都会重载 -> 和 * 操作符。智能指针还有许多其他功能,比较有用的是自动销毁。这主要是利用栈对象的有限作用域以及临时对象(有限作用域实现)析构函数释放内存。当然,智能指针还不止这些,还包括复制时可以修改源对象等。智能指针根据需求不同,设计也不同(写时复制,赋值即释放对象拥有权限、引用计数等,控制权转移等)。auto_ptr 即是一种常见的智能指针。
包含指针的类需要特别注意复制控制,原因是复制指针时只复制指针中的地址,而不会复制指针指向的对象。
大多数C++类用三种方法之一管理指针成员
(1)不管指针成员。复制时只复制指针,不复制指针指向的对象。当其中一个指针把其指向的对象的空间释放后,其它指针都成了悬浮指针。这是一种极端
(2)当复制的时候,即复制指针,也复制指针指向的对象。这样可能造成空间的浪费。因为指针指向的对象的复制不一定是必要的。
(3) 第三种就是一种折中的方式。利用一个辅助类来管理指针的复制。原来的类中有一个指针指向辅助类,辅助类的数据成员是一个计数器和一个指针(指向原来的)(此为本次智能指针实现方式)。
其实,智能指针的引用计数类似于java的垃圾回收机制:java的垃圾的判定很简答,如果一个对象没有引用所指,那么该对象为垃圾。系统就可以回收了。
智能指针通常用类模板实现:
template <class T>
class smartpointer
{
private:
T *_ptr;
public:
smartpointer(T *p) : _ptr(p) //构造函数
{
}
T& operator *() //重载*操作符
{
return *_ptr;
}
T* operator ->() //重载->操作符
{
return _ptr;
}
~smartpointer() //析构函数
{
delete _ptr;
}
};
代码一:
class Point //基础对象类,要做一个对Point类的智能指针
{
public:
Point(int xVal = 0, int yVal = 0):x(xVal),y(yVal) { }
int getX() const { return x; }
int getY() const { return y; }
void setX(int xVal) { x = xVal; }
void setY(int yVal) { y = yVal; }
private:
int x,y;
};
class RefPtr //辅助类
{//该类成员访问权限全部为private,因为不想让用户直接使用该类
friend class SmartPtr; //定义智能指针类为友元,因为智能指针类需要直接操纵辅助类
RefPtr(Point *ptr):p(ptr), count(1) { }
~RefPtr() { delete p; }
int count; //引用计数
Point *p; //基础对象指针
};
class SmartPtr //智能指针类
{
public:
SmartPtr(Point *ptr):rp(new RefPtr(ptr)) { } //构造函数
SmartPtr(const SmartPtr &sp):rp(sp.rp) { //复制构造函数
++rp->count;
}
SmartPtr& operator=(const SmartPtr& rhs) { //重载赋值操作符
++rhs.rp->count; //首先将右操作数引用计数加1,
if (--rp->count == 0) //然后将引用计数减1,可以应对自赋值
delete rp;
rp = rhs.rp;
return *this;
}
~SmartPtr() { //析构函数
if (--rp->count == 0) //当引用计数减为0时,删除辅助类对象指针,从而删除基础对象
delete rp;
}
private:
RefPtr *rp; //辅助类对象指针
};
int main()
{
Point *p1 = new Point(10, 8);
SmartPtr sp1(p1); //此时sp1.rp->count = 1
SmartPtr sp2(sp1); //首先将sp1.rp->count赋给sp2.rp->count,之后sp2.rp->count++,这时sp1,sp2的rp是同一个对象
Point *p2 = new Point(5, 5);
SmartPtr sp3(p2);
sp3 = sp1;
return 0;
}
代码二:
#include<iostream> using namespace std; // 定义仅由HasPtr类使用的U_Ptr类,用于封装使用计数和相关指针 // 这个类的所有成员都是private,我们不希望普通用户使用U_Ptr类,所以它没有任何public成员 // 将HasPtr类设置为友元,使其成员可以访问U_Ptr的成员 class U_Ptr { friend class HasPtr; int *ip; size_t use; U_Ptr(int *p) : ip(p) , use(1) { cout << "U_ptr constructor called !" << endl; } ~U_Ptr() { delete ip; cout << "U_ptr distructor called !" << endl; } }; class HasPtr { public: // 构造函数:p是指向已经动态创建的int对象指针 HasPtr(int *p, int i) : ptr(new U_Ptr(p)) , val(i) { cout << "HasPtr constructor called ! " << "use = " << ptr->use << endl; } // 复制构造函数:复制成员并将使用计数加1 HasPtr(const HasPtr& orig) : ptr(orig.ptr) , val(orig.val) { ++ptr->use; cout << "HasPtr copy constructor called ! " << "use = " << ptr->use << endl; } // 赋值操作符 HasPtr& operator=(const HasPtr&); // 析构函数:如果计数为0,则删除U_Ptr对象 ~HasPtr() { cout << "HasPtr distructor called ! " << "use = " << ptr->use << endl; if (--ptr->use == 0) delete ptr; } // 获取数据成员 int *get_ptr() const { return ptr->ip; } int get_int() const { return val; } // 修改数据成员 void set_ptr(int *p) const { ptr->ip = p; } void set_int(int i) { val = i; } // 返回或修改基础int对象 int get_ptr_val() const { return *ptr->ip; } void set_ptr_val(int i) { *ptr->ip = i; } private: U_Ptr *ptr; //指向使用计数类U_Ptr int val; }; HasPtr& HasPtr::operator = (const HasPtr &rhs) //注意,这里赋值操作符在减少做操作数的使用计数之前使rhs的使用技术加1,从而防止自我赋值 { // 增加右操作数中的使用计数 ++rhs.ptr->use; // 将左操作数对象的使用计数减1,若该对象的使用计数减至0,则删除该对象 if (--ptr->use == 0) delete ptr; ptr = rhs.ptr; // 复制U_Ptr指针 val = rhs.val; // 复制int成员 return *this; } int main(void) { int *pi = new int(42); HasPtr *hpa = new HasPtr(pi, 100); // 构造函数 HasPtr *hpb = new HasPtr(*hpa); // 拷贝构造函数 HasPtr *hpc = new HasPtr(*hpb); // 拷贝构造函数 HasPtr hpd = *hpa; // 拷贝构造函数 cout << hpa->get_ptr_val() << " " << hpb->get_ptr_val() << endl; hpc->set_ptr_val(10000); cout << hpa->get_ptr_val() << " " << hpb->get_ptr_val() << endl; hpd.set_ptr_val(10); cout << hpa->get_ptr_val() << " " << hpb->get_ptr_val() << endl; delete hpa; delete hpb; delete hpc; cout << hpd.get_ptr_val() << endl; return 0; }运行结果如下图:
转载:
http://blog.csdn.net/hackbuteer1/article/details/7561235 http://www.cnblogs.com/yangshaoning/archive/2012/03/18/cpp_smart_pointer.html
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