【C++】智能指针的作用，模拟实现auto_ptr，scoped_ptr，shared_ptr,scoped_array，shared_array

RAII(Resource Acquisition Is Initialization):

资源分配即初始化，定义封装一个类，用来实现调用构造函数时就可完成资源的分配和初始化，在调用析构函数就可完成资源的清理，以实现对资源的初始化和清理。

智能指针：

用自动化或者说智能的指针来实现对动态内存的释放。
它是一个类，有类似指针的功能。

常见的智能指针有：auto_ptr/scoped_ptr/scoped_array/shared_ptr/shared_array

一、AutoPtr
首先，先介绍AutoPtr，为防止一块空间释放两次浅拷贝导致的崩溃情况，我们的思想是权限转移，就是说你拷贝时要将你的两个指针指向同一块空间，可是这样会程序崩溃。解决如下：

1)老版AutoPtr
主要变量是_ptr,_owner，用bool型的_owner来控制权限转移，当它为false值时释放空间，保证释放一次。

#include<iostream>
using namespace std;

template<class T>
class AutoPtr
{
public:
AutoPtr(T* ptr = NULL)
:_ptr(ptr)
, _owner(true)
{}

AutoPtr(const AutoPtr<T>& ap)
:_ptr(ap._ptr)
{
ap._owner = false;
_owner = true;
}

AutoPtr<T>& operator=(const AutoPtr<T>& ap)
{
if (&s != this)
{
delete _ptr;
_ptr = ap._ptr;
ap._owner = false;
_owner = true;
}
return *this;
}

~AutoPtr()
{
if (_ptr)
{
delete _ptr;
_ptr = NULL;
_owner = false;
}
}

T* operator->()
{
return _ptr;
}

T& operator*()
{
return *_ptr;
}
private:
T* _ptr;
bool _owner;
};

void Test()
{
AutoPtr<int> ap1(new int(1));
AutoPtr<int> ap2(ap1);
AutoPtr<int> ap3 = ap1;
}

int main()
{
Test();
system("pause");
return 0;
}

缺陷：

if(……)
{
AutoPtr<int> ap2(ap1);
……
}

出了作用域后ap2会释放空间还给系统，而ap2仍指向这块空间，会出现野指针。


2）新版AutoPtr
我们及时将之前的指针置成空，将这块空间的所有权交给现在的指针。

#include<iostream>
using namespace std;

template<class T>
class AutoPtr
{
public:
AutoPtr(T* ptr)
:_ptr(ptr)
{}

AutoPtr()
:_ptr(NULL)
{}

AutoPtr<T>(AutoPtr<T>& ap)    //权限转移
: _ptr(ap._ptr)
{
ap._ptr = NULL;
}

AutoPtr<T>& operator=(AutoPtr<T>& ap)
{
if (&ap != this)
{
delete _ptr;
_ptr = ap._ptr;
ap._ptr = NULL;     //权限转移
}
return *this;
}

~AutoPtr()
{
if (_ptr)
{
delete _ptr;
_ptr = NULL;
}
}

T& operator*()
{
return *_ptr;
}

private:
T* _ptr;
};

void Test()
{
AutoPtr<int> ap1(new int(2));
AutoPtr<int> ap2 = ap1;
AutoPtr<int> ap3(new int(3));
ap3 = ap1;
}

int main()
{
Test();
system("pause");
return 0;
}

二、ScopedPtr

这是最实用的智能指针。

顾名思义，守卫的指针，思想就是防拷贝，在大多时候用不到拷贝构造和赋值运算符重载，那么我们做的就是写出构造函数和析构函数，拷贝构造和赋值运算符重载只声明不定义。这里有几点要说明：

（1）鉴于上面，我们写智能指针时，将拷贝构造和赋值运算符重载设置成保护或者私有的，这样就可以保证其他人在不知情的情况下（以为是我们忘记写定义了）无法写拷贝构造和赋值运算符重载的定义。

（2）既然不要定义，那为什么要声明呢，是不是可以不要，或许你们会这样想。不可以！原因是你不写，编译器会自动调用系统自身的拷贝构造和赋值运算符重载，这样就没办法做到防拷贝了。

下面，我们用ScopedPtr来实现简易版本的智能指针。

#include<iostream>
using namespace std;

template<class T>
class ScopedPtr
{
public:
ScopedPtr(T* ptr)
:_ptr(ptr)
{}

Scoped()
:_ptr(NULL)
{}

~ScopedPtr()
{
if (_ptr)
{
delete _ptr;
_ptr = NULL;
}
}

T& operator*()
{
return *_ptr;
}

T* GetPtr()
{
return _ptr;
}

protected:
ScopedPtr<T>(const ScopedPtr<T>& sp);
ScopedPtr<T>& operator = (const ScopedPtr<T>& sp);

private:
T* _ptr;
};

void Test()
{
ScopedPtr<int> sp1(new int(2));
ScopedPtr<int> sp2 = sp1;
ScopedPtr<int> sp3(new int(3));
sp3 = sp1;
}

int main()
{
Test();
system("pause");
return 0;
}

三、SharedPtr

共享指针，即思想就是引用计数，引入变量指针变量pCount，指向一块空间，对其计数，当只有一个指针指向空间时再释放资源，实现对其管理。初衷也是解决多个指针指向同一块空间释放多次会崩溃。这里不用static的整型的pCount在于，若有多个指针指向第一块空间，多个指针指向第二块空间，……，当改变一块空间的指向，该块空间的引用计数发生变化了，static的pCount会导致其他空间的引用计数也发生变化。

#include<iostream>
using namespace std;

template<class T>
class SharedPtr
{
public:
SharedPtr(T* ptr)
:_ptr(ptr)
, _pCount(new long(1))
{}

SharedPtr()
:_ptr(NULL)
, _pCount(new long(1))
{}

SharedPtr<T>(const SharedPtr<T>& sp)
: _ptr(sp._ptr)
, _pCount(sp._pCount)
{
++(*_pCount);
}

SharedPtr<T>& operator=(const SharedPtr<T>& sp)
{
if (&sp != this)
{
if (--(*_pCount) == 0)
{
delete _ptr;
delete _pCount;
}
_ptr = sp._ptr;
_pCount = sp._pCount;
++(*_pCount);
}
return *this;
}

~SharedPtr()
{
if (_ptr)
{
if (--(*_pCount) == 0)
{
delete _ptr;
delete _pCount;
}
}
}

T& operator*()
{
return *_ptr;
}

long GetCount()
{
return *(_pCount);
}

T* GetPtr()
{
return _ptr;
}

private:
T* _ptr;
long* _pCount;
};

void Test()
{
SharedPtr<int> sp1 = new int(1);
SharedPtr<int> sp2 = sp1;
SharedPtr<int> sp3 = new int(2);
sp3 = sp1;
}

int main()
{
Test();
system("pause");
return 0;
}

四、ScopedArray
ScopedArray与ScopedPtr区别在于：
ScopedArray管理数组，不可实现访问单个元素，而ScopedArray数组，可实现对数组元素的操控。

#include<iostream>
using namespace std;
#include<assert.h>

template<class T>
class ScopedArray
{
public:
ScopedArray(T* ptr = NULL)
:_ptr(ptr)
{}

~ScopedArray()
{
if (_ptr)
{
delete [] _ptr;
_ptr = NULL;
}
}

T& operator[](size_t index)
{
assert(index > 0);
return _ptr[index];
}

protected:
ScopedArray<T>(const ScopedArray<T>& sp);
ScopedArray<T>& operator=(const ScopedArray<T>& sp);

private:
T* _ptr;
};

void Test()
{
ScopedArray<int> sp1(new int[10]);
}

int main()
{
Test();
}

五、SharedPtr
同四。

#include<iostream>
using namespace std;
#include<assert.h>

template<class T>
class SharedArray
{
public:
SharedArray(T* ptr = NULL)
:_ptr(ptr)
, _pCount(new long(1))
{}

SharedArray<T>(const SharedArray<T>& sp)
: _ptr(sp._ptr)
{
(*_pCount)++;
}

SharedArray<T> operator=(const SharedArray<T>& sp)
{
if (&s != this)
{
if (--(*pCount) == 0)
{
delete _ptr;
_ptr = sp._ptr;
(*pCount)++;
}
}
return *this;
}

~SharedArray()
{
if (_ptr)
{
if (--(*_pCount) == 0)
{
delete _ptr;
delete _pCount;
_ptr = NULL;
_pCount = NULL;
}
}
}

T* operator[](size_t index)
{
assert(index);
return _ptr[index];
}
private:
T* _ptr;
long *_pCount;
};

void Test()
{
SharedArray<int> sp1(new int[10]);
SharedArray<int> sp2(sp1);
SharedArray<int> sp3 = sp1;
}

int main()
{
Test();
system("pause");
return 0;
}