C++中智能指针的工作原理和简单实现

智能指针：它的一种通用实现方法是采用引用计数的方法。智能指针将一个计数器与类指向的对象相关联，引用计数跟踪共有多少个类对象共享同一指针。

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；这是因此左侧的指针指向了右侧指针所指向的对象，因此右指针所指向的对象的引用计数+1；
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）。
实现智能指针有两种经典策略：一是引入辅助类，二是使用句柄类。这里主要讲一下引入辅助类的方法，看下面的例子：

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) { ++rp->count; }            //复制构造函数
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;
}

　　

使用该方式的内存结构图如下：