1. 为什么需要智能指针?
简单的说,智能指针是为了实现类似于Java中的垃圾回收机制。Java的垃圾回收机制使程序员从繁杂的内存管理任务中彻底的解脱出来,在申请使用一块内存区域之后,无需去关注应该何时何地释放内存,Java将会自动帮助回收。但是出于效率和其他原因(可能C++设计者不屑于这种傻瓜氏的编程方式),C++本身并没有这样的功能,其繁杂且易出错的内存管理也一直为广大程序员所诟病。
更进一步地说,智能指针的出现是为了满足管理类中指针成员的需要。包含指针成员的类需要特别注意复制控制和赋值操作,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。当类的实例在析构的时候,可能会导致垂悬指针问题。
管理类中指针成员的方法一般有两种方式:一种是采用值型类,这种类是给指针成员提供值语义(value semantics),当复制该值型对象时,会得到一个不同的新副本。这种方式典型的应用是string类。另外一种方式就是智能指针,实现这种方式的指针所指向的对象是共享的。
2. 智能指针的实现概述
智能指针(smart pointer)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)。
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。
3. 实现方式1:引入辅助类
这种方式定义一个单独的具体类(RefPtr)来封装指针和相应的引用计数。
为了避免上面方案中每个使用指针的类自己去控制引用计数,可以用一个类把指针封装起来。封装好后,这个类对象可以出现在用户类使用指针的任何地方,表现为一个指针的行为。我们可以像指针一样使用它,而不用担心普通成员指针所带来的问题,我们把这样的类叫句柄类。在封装句柄类时,需要申请一个动态分配的