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# 02 | 自己动手，实现C++的智能指针
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你好，我是吴咏炜。
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上一讲，我们描述了一个某种程度上可以当成智能指针用的类 `shape_wrapper`。使用那个智能指针，可以简化资源的管理，从根本上消除资源（包括内存）泄漏的可能性。这一讲我们就来进一步讲解，如何将 `shape_wrapper` 改造成一个完整的智能指针。你会看到，智能指针本质上并不神秘，其实就是 RAII 资源管理功能的自然展现而已。
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在学完这一讲之后，你应该会对 C++ 的 `unique_ptr` 和 `shared_ptr` 的功能非常熟悉了。同时，如果你今后要创建类似的资源管理类，也不会是一件难事。
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## 回顾
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我们上一讲给出了下面这个类：
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```c++
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class shape_wrapper {
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public:
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explicit shape_wrapper(
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shape* ptr = nullptr)
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: ptr_(ptr) {}
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~shape_wrapper()
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{
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delete ptr_;
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}
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shape* get() const { return ptr_; }
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private:
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shape* ptr_;
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};
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```
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这个类可以完成智能指针的最基本的功能：对超出作用域的对象进行释放。**但它缺了点东西：**
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1. 这个类只适用于 `shape` 类
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2. 该类对象的行为不够像指针
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3. 拷贝该类对象会引发程序行为异常
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下面我们来逐一看一下怎么弥补这些问题。
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## 模板化和易用性
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要让这个类能够包装任意类型的指针，我们需要把它变成一个类模板。这实际上相当容易：
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```c++
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template <typename T>
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class smart_ptr {
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public:
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explicit smart_ptr(T* ptr = nullptr)
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: ptr_(ptr) {}
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~smart_ptr()
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{
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delete ptr_;
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}
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T* get() const { return ptr_; }
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private:
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T* ptr_;
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};
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```
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和 `shape_wrapper` 比较一下，我们就是在开头增加模板声明 `template <typename T>`，然后把代码中的 `shape` 替换成模板参数 `T` 而已。这些修改非常简单自然吧？模板本质上并不是一个很复杂的概念。这个模板使用也很简单，把原来的 `shape_wrapper` 改成 `smart_ptr<shape>` 就行。
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目前这个 `smart_ptr` 的行为还是和指针有点差异的：
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* 它不能用 `*` 运算符解引用
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* 它不能用 `->` 运算符指向对象成员
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* 它不能像指针一样用在布尔表达式里
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不过，这些问题也相当容易解决，加几个成员函数就可以：
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```c++
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template <typename T>
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class smart_ptr {
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public:
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…
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T& operator*() const { return *ptr_; }
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T* operator->() const { return ptr_; }
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operator bool() const { return ptr_; }
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}
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```
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## 拷贝构造和赋值
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拷贝构造和赋值，我们暂且简称为拷贝，这是个比较复杂的问题了。关键还不是实现问题，而是我们该如何定义其行为。假设有下面的代码：
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```c++
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smart_ptr<shape> ptr1{create_shape(shape_type::circle)};
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smart_ptr<shape> ptr2{ptr1};
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```
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对于第二行，究竟应当让编译时发生错误，还是可以有一个更合理的行为？我们来逐一检查一下各种可能性。
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最简单的情况显然是禁止拷贝。我们可以使用下面的代码：
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```c++
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template <typename T>
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class smart_ptr {
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…
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smart_ptr(const smart_ptr&)
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= delete;
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smart_ptr& operator=(const smart_ptr&)
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= delete;
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…
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|
};
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```
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禁用这两个函数非常简单，但却解决了一种可能出错的情况。否则，`smart_ptr<shape> ptr2{ptr1};` 在编译时不会出错，但在运行时却会有未定义行为——由于会对同一内存释放两次，通常情况下会导致程序崩溃。
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我们是不是可以考虑在拷贝智能指针时把对象拷贝一份？不行，通常人们不会这么用，因为使用智能指针的目的就是要减少对象的拷贝啊。何况，虽然我们的指针类型是 `shape`，但实际指向的却应该是 `circle` 或 `triangle` 之类的对象。在 C++ 里没有像 Java 的 `clone` 方法这样的约定；一般而言，并没有通用的方法可以通过基类的指针来构造出一个子类的对象来。
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我们要么试试在拷贝时转移指针的所有权？大致实现如下：
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```c++
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template <typename T>
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class smart_ptr {
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…
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smart_ptr(smart_ptr& other)
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{
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ptr_ = other.release();
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}
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smart_ptr& operator=(smart_ptr& rhs)
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{
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smart_ptr(rhs).swap(*this);
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return *this;
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}
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…
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T* release()
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{
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T* ptr = ptr_;
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ptr_ = nullptr;
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return ptr;
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}
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void swap(smart_ptr& rhs)
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{
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using std::swap;
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swap(ptr_, rhs.ptr_);
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}
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|
…
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|
};
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```
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在拷贝构造函数中，通过调用 `other` 的 `release` 方法来释放它对指针的所有权。在赋值函数中，则通过拷贝构造产生一个临时对象并调用 `swap` 来交换对指针的所有权。实现上是不复杂的。
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如果你学到的赋值函数还有一个类似于 `if (this != &rhs)` 的判断的话，那种用法更啰嗦，而且异常安全性不够好——如果在赋值过程中发生异常的话，this 对象的内容可能已经被部分破坏了，对象不再处于一个完整的状态。
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**上面代码里的这种惯用法（见参考资料 \[1\]）则保证了强异常安全性：**赋值分为拷贝构造和交换两步，异常只可能在第一步发生；而第一步如果发生异常的话，this 对象完全不受任何影响。无论拷贝构造成功与否，结果只有赋值成功和赋值没有效果两种状态，而不会发生因为赋值破坏了当前对象这种场景。
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如果你觉得这个实现还不错的话，那恭喜你，你达到了 C++ 委员会在 1998 年时的水平：上面给出的语义本质上就是 C++98 的 `auto_ptr` 的定义。如果你觉得这个实现很别扭的话，也恭喜你，因为 C++ 委员会也是这么觉得的：`auto_ptr` 在 C++17 时已经被正式从 C++ 标准里删除了。
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上面实现的最大问题是，它的行为会让程序员非常容易犯错。一不小心把它传递给另外一个 `smart_ptr`，你就不再拥有这个对象了……
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## “移动”指针？
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在下一讲我们将完整介绍一下移动语义。这一讲，我们先简单看一下 `smart_ptr` 可以如何使用“移动”来改善其行为。
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我们需要对代码做两处小修改：
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```c++
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template <typename T>
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class smart_ptr {
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…
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smart_ptr(smart_ptr&& other)
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{
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ptr_ = other.release();
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}
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smart_ptr& operator=(smart_ptr rhs)
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{
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rhs.swap(*this);
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return *this;
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}
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|
…
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|
};
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```
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看到修改的地方了吗？我改了两个地方：
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* 把拷贝构造函数中的参数类型 `smart_ptr&` 改成了 `smart_ptr&&`；现在它成了移动构造函数。
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* 把赋值函数中的参数类型 `smart_ptr&` 改成了 `smart_ptr`，在构造参数时直接生成新的智能指针，从而不再需要在函数体中构造临时对象。现在赋值函数的行为是移动还是拷贝，完全依赖于构造参数时走的是移动构造还是拷贝构造。
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根据 C++ 的规则，如果我提供了移动构造函数而没有手动提供拷贝构造函数，那后者自动被禁用（记住，C++ 里那些复杂的规则也是为方便编程而设立的）。于是，我们自然地得到了以下结果：
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```c++
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smart_ptr<shape> ptr1{create_shape(shape_type::circle)};
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smart_ptr<shape> ptr2{ptr1}; // 编译出错
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smart_ptr<shape> ptr3;
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ptr3 = ptr1; // 编译出错
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ptr3 = std::move(ptr1); // OK，可以
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smart_ptr<shape> ptr4{std::move(ptr3)}; // OK，可以
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```
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这个就自然多了。
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这也是 C++11 的 `unique_ptr` 的基本行为。
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## 子类指针向基类指针的转换
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哦，我撒了一个小谎。不知道你注意到没有，一个 `circle*` 是可以隐式转换成 `shape*` 的，但上面的 `smart_ptr<circle>` 却无法自动转换成 `smart_ptr<shape>`。这个行为显然还是不够“自然”。
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不过，只需要额外加一点模板代码，就能实现这一行为。在我们目前给出的实现里，只需要增加一个构造函数即可——这也算是我们让赋值函数利用构造函数的好处了。
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```c++
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template <typename U>
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smart_ptr(smart_ptr<U>&& other)
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{
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ptr_ = other.release();
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}
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```
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这样，我们自然而然利用了指针的转换特性：现在 `smart_ptr<circle>` 可以移动给 `smart_ptr<shape>`，但不能移动给 `smart_ptr<triangle>`。不正确的转换会在代码编译时直接报错。
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需要注意，上面这个构造函数不被编译器看作移动构造函数，因而不能自动触发删除拷贝构造函数的行为。如果我们想消除代码重复、删除移动构造函数的话，就需要把拷贝构造函数标记成 `= delete` 了（见“拷贝构造和赋值”一节）。不过，更通用的方式仍然是同时定义标准的拷贝/移动构造函数和所需的模板构造函数。下面的引用计数智能指针里我们就需要这么做。
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至于非隐式的转换，因为本来就是要写特殊的转换函数的，我们留到这一讲的最后再讨论。
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## 引用计数
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`unique_ptr` 算是一种较为安全的智能指针了。但是，一个对象只能被单个 `unique_ptr` 所拥有，这显然不能满足所有使用场合的需求。一种常见的情况是，多个智能指针同时拥有一个对象；当它们全部都失效时，这个对象也同时会被删除。这也就是 `shared_ptr` 了。
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`unique_ptr` 和 `shared_ptr` 的主要区别如下图所示：
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多个不同的 `shared_ptr` 不仅可以共享一个对象，在共享同一对象时也需要同时共享同一个计数。当最后一个指向对象（和共享计数）的 `shared_ptr` 析构时，它需要删除对象和共享计数。我们下面就来实现一下。
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我们先来写出共享计数的接口：
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```c++
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class shared_count {
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|
public:
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|
shared_count();
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void add_count();
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long reduce_count();
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long get_count() const;
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|
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|
|
};
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|
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```
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这个 `shared_count` 类除构造函数之外有三个方法：一个增加计数，一个减少计数，一个获取计数。注意上面的接口增加计数不需要返回计数值；但减少计数时需要返回计数值，以供调用者判断是否它已经是最后一个指向共享计数的 `shared_ptr` 了。由于真正多线程安全的版本需要用到我们目前还没学到的知识，我们目前先实现一个简单化的版本：
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```c++
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|
class shared_count {
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|
|
|
|
|
public:
|
|
|
|
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|
shared_count() : count_(1) {}
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|
void add_count()
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|
{
|
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|
|
|
|
++count_;
|
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|
|
|
}
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|
|
|
long reduce_count()
|
|
|
|
|
|
{
|
|
|
|
|
|
return --count_;
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
long get_count() const
|
|
|
|
|
|
{
|
|
|
|
|
|
return count_;
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
private:
|
|
|
|
|
|
long count_;
|
|
|
|
|
|
};
|
|
|
|
|
|
|
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|
```
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现在我们可以实现我们的引用计数智能指针了。首先是构造函数、析构函数和私有成员变量：
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```c++
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|
template <typename T>
|
|
|
|
|
|
class smart_ptr {
|
|
|
|
|
|
public:
|
|
|
|
|
|
explicit smart_ptr(T* ptr = nullptr)
|
|
|
|
|
|
: ptr_(ptr)
|
|
|
|
|
|
{
|
|
|
|
|
|
if (ptr) {
|
|
|
|
|
|
shared_count_ =
|
|
|
|
|
|
new shared_count();
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
~smart_ptr()
|
|
|
|
|
|
{
|
|
|
|
|
|
if (ptr_ &&
|
|
|
|
|
|
!shared_count_
|
|
|
|
|
|
->reduce_count()) {
|
|
|
|
|
|
delete ptr_;
|
|
|
|
|
|
delete shared_count_;
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
}
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private:
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T* ptr_;
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shared_count* shared_count_;
|
|
|
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|
};
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```
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构造函数跟之前的主要不同点是会构造一个 `shared_count` 出来。析构函数在看到 `ptr_` 非空时（此时根据代码逻辑，`shared_count` 也必然非空），需要对引用数减一，并在引用数降到零时彻底删除对象和共享计数。原理就是这样，不复杂。
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当然，我们还有些细节要处理。为了方便实现赋值（及其他一些惯用法），我们需要一个新的 `swap` 成员函数：
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```c++
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void swap(smart_ptr& rhs)
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{
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using std::swap;
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swap(ptr_, rhs.ptr_);
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swap(shared_count_,
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rhs.shared_count_);
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}
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```
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赋值函数可以跟前面一样，保持不变，但拷贝构造和移动构造函数是需要更新一下的：
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```c++
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|
smart_ptr(const smart_ptr& other)
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{
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ptr_ = other.ptr_;
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if (ptr_) {
|
|
|
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other.shared_count_
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->add_count();
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shared_count_ =
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|
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|
other.shared_count_;
|
|
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|
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|
}
|
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|
|
|
|
}
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|
template <typename U>
|
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|
|
|
smart_ptr(const smart_ptr<U>& other)
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|
{
|
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|
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|
ptr_ = other.ptr_;
|
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|
if (ptr_) {
|
|
|
|
|
|
other.shared_count_
|
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|
->add_count();
|
|
|
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|
|
shared_count_ =
|
|
|
|
|
|
other.shared_count_;
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
}
|
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|
template <typename U>
|
|
|
|
|
|
smart_ptr(smart_ptr<U>&& other)
|
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|
{
|
|
|
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|
|
ptr_ = other.ptr_;
|
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|
if (ptr_) {
|
|
|
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shared_count_ =
|
|
|
|
|
|
other.shared_count_;
|
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|
other.ptr_ = nullptr;
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|
}
|
|
|
|
|
|
}
|
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```
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除复制指针之外，对于拷贝构造的情况，我们需要在指针非空时把引用数加一，并复制共享计数的指针。对于移动构造的情况，我们不需要调整引用数，直接把 `other.ptr_` 置为空，认为 `other` 不再指向该共享对象即可。
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不过，上面的代码有个问题：它不能正确编译。编译器会报错，像：
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> fatal error: ‘ptr\_’ is a private member of ‘smart\_ptr<circle>’
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错误原因是模板的各个实例间并不天然就有 friend 关系，因而不能互访私有成员 `ptr_` 和 `shared_count_`。我们需要在 `smart_ptr` 的定义中显式声明：
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|
```c++
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|
template <typename U>
|
|
|
|
|
|
friend class smart_ptr;
|
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|
```
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此外，我们之前的实现（类似于单一所有权的 `unique_ptr` ）中用 `release` 来手工释放所有权。在目前的引用计数实现中，它就不太合适了，应当删除。但我们要加一个对调试非常有用的函数，返回引用计数值。定义如下：
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```c++
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|
|
long use_count() const
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|
|
|
|
|
{
|
|
|
|
|
|
if (ptr_) {
|
|
|
|
|
|
return shared_count_
|
|
|
|
|
|
->get_count();
|
|
|
|
|
|
} else {
|
|
|
|
|
|
return 0;
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
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|
|
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|
|
```
|
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|
|
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这就差不多是一个比较完整的引用计数智能指针的实现了。我们可以用下面的代码来验证一下它的功能正常：
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|
|
```c++
|
|
|
|
|
|
class shape {
|
|
|
|
|
|
public:
|
|
|
|
|
|
virtual ~shape() {}
|
|
|
|
|
|
};
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
class circle : public shape {
|
|
|
|
|
|
public:
|
|
|
|
|
|
~circle() { puts("~circle()"); }
|
|
|
|
|
|
};
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
int main()
|
|
|
|
|
|
{
|
|
|
|
|
|
smart_ptr<circle> ptr1(new circle());
|
|
|
|
|
|
printf("use count of ptr1 is %ld\n",
|
|
|
|
|
|
ptr1.use_count());
|
|
|
|
|
|
smart_ptr<shape> ptr2;
|
|
|
|
|
|
printf("use count of ptr2 was %ld\n",
|
|
|
|
|
|
ptr2.use_count());
|
|
|
|
|
|
ptr2 = ptr1;
|
|
|
|
|
|
printf("use count of ptr2 is now %ld\n",
|
|
|
|
|
|
ptr2.use_count());
|
|
|
|
|
|
if (ptr1) {
|
|
|
|
|
|
puts("ptr1 is not empty");
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
这段代码的运行结果是：
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|
> `use count of ptr1 is 1`
|
|
|
|
|
|
> `use count of ptr2 was 0`
|
|
|
|
|
|
> `use count of ptr2 is now 2`
|
|
|
|
|
|
> `ptr1 is not empty`
|
|
|
|
|
|
> `~circle()`
|
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|
上面我们可以看到引用计数的变化，以及最后对象被成功删除。
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## 指针类型转换
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对应于 C++ 里的不同的类型强制转换：
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* static\_cast
|
|
|
|
|
|
* reinterpret\_cast
|
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|
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|
|
* const\_cast
|
|
|
|
|
|
* dynamic\_cast
|
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|
智能指针需要实现类似的函数模板。实现本身并不复杂，但为了实现这些转换，我们需要添加构造函数，允许在对智能指针内部的指针对象赋值时，使用一个现有的智能指针的共享计数。如下所示：
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|
|
```c++
|
|
|
|
|
|
template <typename U>
|
|
|
|
|
|
smart_ptr(const smart_ptr<U>& other,
|
|
|
|
|
|
T* ptr)
|
|
|
|
|
|
{
|
|
|
|
|
|
ptr_ = ptr;
|
|
|
|
|
|
if (ptr_) {
|
|
|
|
|
|
other.shared_count_
|
|
|
|
|
|
->add_count();
|
|
|
|
|
|
shared_count_ =
|
|
|
|
|
|
other.shared_count_;
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
这样我们就可以实现转换所需的函数模板了。下面实现一个 `dynamic_pointer_cast` 来示例一下：
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|
|
```c++
|
|
|
|
|
|
template <typename T, typename U>
|
|
|
|
|
|
smart_ptr<T> dynamic_pointer_cast(
|
|
|
|
|
|
const smart_ptr<U>& other)
|
|
|
|
|
|
{
|
|
|
|
|
|
T* ptr =
|
|
|
|
|
|
dynamic_cast<T*>(other.get());
|
|
|
|
|
|
return smart_ptr<T>(other, ptr);
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
在前面的验证代码后面我们可以加上：
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|
|
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|
|
```c++
|
|
|
|
|
|
smart_ptr<circle> ptr3 =
|
|
|
|
|
|
dynamic_pointer_cast<circle>(ptr2);
|
|
|
|
|
|
printf("use count of ptr3 is %ld\n",
|
|
|
|
|
|
ptr3.use_count());
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
编译会正常通过，同时能在输出里看到下面的结果：
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|
> use count of ptr3 is 3
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|
最后，对象仍然能够被正确删除。这说明我们的实现是正确的。
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## 代码列表
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为了方便你参考，下面我给出了一个完整的 `smart_ptr` 代码列表：
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|
```c++
|
|
|
|
|
|
#include <utility> // std::swap
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
class shared_count {
|
|
|
|
|
|
public:
|
|
|
|
|
|
shared_count() noexcept
|
|
|
|
|
|
: count_(1) {}
|
|
|
|
|
|
void add_count() noexcept
|
|
|
|
|
|
{
|
|
|
|
|
|
++count_;
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
long reduce_count() noexcept
|
|
|
|
|
|
{
|
|
|
|
|
|
return --count_;
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
long get_count() const noexcept
|
|
|
|
|
|
{
|
|
|
|
|
|
return count_;
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
private:
|
|
|
|
|
|
long count_;
|
|
|
|
|
|
};
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
template <typename T>
|
|
|
|
|
|
class smart_ptr {
|
|
|
|
|
|
public:
|
|
|
|
|
|
template <typename U>
|
|
|
|
|
|
friend class smart_ptr;
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
explicit smart_ptr(T* ptr = nullptr)
|
|
|
|
|
|
: ptr_(ptr)
|
|
|
|
|
|
{
|
|
|
|
|
|
if (ptr) {
|
|
|
|
|
|
shared_count_ =
|
|
|
|
|
|
new shared_count();
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
~smart_ptr()
|
|
|
|
|
|
{
|
|
|
|
|
|
if (ptr_ &&
|
|
|
|
|
|
!shared_count_
|
|
|
|
|
|
->reduce_count()) {
|
|
|
|
|
|
delete ptr_;
|
|
|
|
|
|
delete shared_count_;
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
smart_ptr(const smart_ptr& other)
|
|
|
|
|
|
{
|
|
|
|
|
|
ptr_ = other.ptr_;
|
|
|
|
|
|
if (ptr_) {
|
|
|
|
|
|
other.shared_count_
|
|
|
|
|
|
->add_count();
|
|
|
|
|
|
shared_count_ =
|
|
|
|
|
|
other.shared_count_;
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
template <typename U>
|
|
|
|
|
|
smart_ptr(const smart_ptr<U>& other) noexcept
|
|
|
|
|
|
{
|
|
|
|
|
|
ptr_ = other.ptr_;
|
|
|
|
|
|
if (ptr_) {
|
|
|
|
|
|
other.shared_count_->add_count();
|
|
|
|
|
|
shared_count_ = other.shared_count_;
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
template <typename U>
|
|
|
|
|
|
smart_ptr(smart_ptr<U>&& other) noexcept
|
|
|
|
|
|
{
|
|
|
|
|
|
ptr_ = other.ptr_;
|
|
|
|
|
|
if (ptr_) {
|
|
|
|
|
|
shared_count_ =
|
|
|
|
|
|
other.shared_count_;
|
|
|
|
|
|
other.ptr_ = nullptr;
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
template <typename U>
|
|
|
|
|
|
smart_ptr(const smart_ptr<U>& other,
|
|
|
|
|
|
T* ptr) noexcept
|
|
|
|
|
|
{
|
|
|
|
|
|
ptr_ = ptr;
|
|
|
|
|
|
if (ptr_) {
|
|
|
|
|
|
other.shared_count_
|
|
|
|
|
|
->add_count();
|
|
|
|
|
|
shared_count_ =
|
|
|
|
|
|
other.shared_count_;
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
smart_ptr&
|
|
|
|
|
|
operator=(smart_ptr rhs) noexcept
|
|
|
|
|
|
{
|
|
|
|
|
|
rhs.swap(*this);
|
|
|
|
|
|
return *this;
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T* get() const noexcept
|
|
|
|
|
|
{
|
|
|
|
|
|
return ptr_;
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
long use_count() const noexcept
|
|
|
|
|
|
{
|
|
|
|
|
|
if (ptr_) {
|
|
|
|
|
|
return shared_count_
|
|
|
|
|
|
->get_count();
|
|
|
|
|
|
} else {
|
|
|
|
|
|
return 0;
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
void swap(smart_ptr& rhs) noexcept
|
|
|
|
|
|
{
|
|
|
|
|
|
using std::swap;
|
|
|
|
|
|
swap(ptr_, rhs.ptr_);
|
|
|
|
|
|
swap(shared_count_,
|
|
|
|
|
|
rhs.shared_count_);
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T& operator*() const noexcept
|
|
|
|
|
|
{
|
|
|
|
|
|
return *ptr_;
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
T* operator->() const noexcept
|
|
|
|
|
|
{
|
|
|
|
|
|
return ptr_;
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
operator bool() const noexcept
|
|
|
|
|
|
{
|
|
|
|
|
|
return ptr_;
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
private:
|
|
|
|
|
|
T* ptr_;
|
|
|
|
|
|
shared_count* shared_count_;
|
|
|
|
|
|
};
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
template <typename T>
|
|
|
|
|
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void swap(smart_ptr<T>& lhs,
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smart_ptr<T>& rhs) noexcept
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{
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lhs.swap(rhs);
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}
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template <typename T, typename U>
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smart_ptr<T> static_pointer_cast(
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const smart_ptr<U>& other) noexcept
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{
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T* ptr = static_cast<T*>(other.get());
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return smart_ptr<T>(other, ptr);
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}
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template <typename T, typename U>
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smart_ptr<T> reinterpret_pointer_cast(
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const smart_ptr<U>& other) noexcept
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{
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T* ptr = reinterpret_cast<T*>(other.get());
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return smart_ptr<T>(other, ptr);
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}
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template <typename T, typename U>
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smart_ptr<T> const_pointer_cast(
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const smart_ptr<U>& other) noexcept
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{
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T* ptr = const_cast<T*>(other.get());
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return smart_ptr<T>(other, ptr);
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}
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template <typename T, typename U>
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smart_ptr<T> dynamic_pointer_cast(
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const smart_ptr<U>& other) noexcept
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{
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T* ptr = dynamic_cast<T*>(other.get());
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return smart_ptr<T>(other, ptr);
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}
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```
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如果你足够细心的话，你会发现我在代码里加了不少 `noexcept`。这对这个智能指针在它的目标场景能正确使用是十分必要的。我们会在下面的几讲里回到这个话题。
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## 内容小结
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这一讲我们从 `shape_wrapper` 出发，实现了一个基本完整的带引用计数的智能指针。这个智能指针跟标准的 `shared_ptr` 比，还缺了一些东西（见参考资料 \[2\]），但日常用到的智能指针功能已经包含在内。现在，你应当已经对智能指针有一个较为深入的理解了。
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## 课后思考
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这里留几个问题，你可以思考一下：
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1. 不查阅 `shared_ptr` 的文档，你觉得目前 `smart_ptr` 应当添加什么功能吗？
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2. 你想到的功能在标准的 `shared_ptr` 里吗？
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3. 你觉得智能指针应该满足什么样的线程安全性？
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欢迎留言和我交流你的看法。
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## 参考资料
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\[1\] Stack Overflow, GManNickG’s answer to “What is the copy-and-swap idiom?”. [https://stackoverflow.com/a/3279550/816999](https://stackoverflow.com/a/3279550/816999)
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\[2\] cppreference.com, “std::shared\_ptr”. [https://en.cppreference.com/w/cpp/memory/shared\_ptr](https://en.cppreference.com/w/cpp/memory/shared_ptr)
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