C++智能指针,指针容器原理及简单实现(auto_ptr,scoped_ptr,ptr_vector).

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C++智能指针,指针容器原理及简单实现(auto_ptr,scoped_ptr,ptr_vector).

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前言

最近再写一个muduo的异步日志接触了很多智能指针，但是又不打算用boost库，只好模一个来用用了.

智能指针的本质即用栈上对象来管理堆上数据的生命周期.

智能指针本身是一个对象,它在栈上创建,构造的时候分配堆上资源,析构的时候释放资源，这样就避免了堆上数据资源泄露的情况.
同时重载它的-> 和 * 运算符实现如同裸指针一样的操作.

下面看看几个局部智能指针对象的实现代码。

auto_ptr

auto_ptr特点: 实现拷贝构造函数, 重载 = 运算符, 实现->、* 运算符, 使它能够像普通指针一样 使用,
同时通过release() 和 reset() 方法实现安全的转移使用权 .

#ifndef _AUTO_PTR_HH
#define _AUTO_PTR_HH

template<typename T>
class auto_ptr{
public:
    explicit auto_ptr(T* p = 0):m_ptr(p){printf("1\n");
    }
    
    auto_ptr(auto_ptr& obj):m_ptr(obj.release()){printf("2\n");
    }
    
    auto_ptr& operator=(auto_ptr& obj){printf("3\n");
        reset(obj.release());
        return *this;
    }
    
    ~auto_ptr(){printf("4\n");
        delete m_ptr;
    }

    T* release(){
        T* tmp = m_ptr;
        m_ptr = 0;
        return tmp;
    }
    
    void reset(T* p){
        if(m_ptr != p)
            delete m_ptr;
        m_ptr = p;
    }
    
    T* get() const {
        return m_ptr;
    }
    
    T* operator->(){
        return get();
    }
    
    T& operator*(){
        return *get();
    }
    
private:
    T* m_ptr;
};

#endif

测试代码：

#include "ScopePtr.hh"
#include "auto_ptr.hh"
#include <stdio.h>

class NonCopyable
{
protected: //构造函数可以被派生类调用，但不能直接构造对象
    NonCopyable() {printf("Nocopy Constroctr\n");}
    ~NonCopyable() {printf("~Nocopy DeConstroctr\n");}
private:
    NonCopyable(const NonCopyable &);
    const NonCopyable &operator=(const NonCopyable &);
};


class Test// : private NonCopyable{
{public:
    Test(){printf("Constroctr\n");}
    ~Test(){printf("~DeConstroctr\n");}
};

int main(){
    
    //scoped_ptr<Test> st(new Test);
    
    auto_ptr<Test> ap1(new Test);
    auto_ptr<Test> ap2(new Test);

    auto_ptr<Test> ap3(ap2);
    
    ap2 = ap3;
    
    getchar();
    return 0;
}

Constroctr
1
Constroctr
1
2
3

4
4
~DeConstroctr
4
~DeConstroctr

scoped_ptr

这个是boost库里面的东西,它和auto_ptr正相反: 将拷贝构造和=重载 都配置为私有,已达到不允许转移拥有权的目的.

#ifndef _SCOPE_PTR_HH
#define _SCOPE_PTR_HH
//  scoped_ptr mimics a built-in pointer except that it guarantees deletion
//  of the object pointed to, either on destruction of the scoped_ptr or via
//  an explicit reset(). scoped_ptr is a simple solution for simple needs;
//  use shared_ptr or std::auto_ptr if your needs are more complex.

/*
scoped_ptr 是局部智能指针 不允许转让所有权。
*/
template <class T>
class scoped_ptr
{
public:
    scoped_ptr(T *p = 0) :m_ptr(p) {
    }
    
    ~scoped_ptr(){
        delete m_ptr;
    }
    
    T&operator*() const {
        return *m_ptr;
    }
    
    T*operator->() const {
        return m_ptr;
    }
    
    void reset(T *p)//拥有权不允许转让  但是可以让智能指针指向另一个空间  
    {
        if (p != m_ptr && m_ptr != 0)
            delete m_ptr;
        m_ptr = p;
    }

    T* get(){
        return m_ptr;
    }

private://将拷贝构造和赋值  以及判等判不等  都设置为私有方法
    //对象不再能调用，即不能拷贝构造和赋值  也就达到了不让转移拥有权的目的
    scoped_ptr(const scoped_ptr<T> &y);
    scoped_ptr<T> operator=(const scoped_ptr<T> &);
    void operator==(scoped_ptr<T> const &) const;
    void operator!=(scoped_ptr<T> const &) const;

    T* m_ptr;
};

#endif

ptr_vector

这个也是boost里面的东西,如果我们光放对象指针到vector里面,容器析构的时候虽然会析构自己开辟出来的存放指针的空间,但不会析构指针本身指向的空间,于是有了这个容器.

#ifndef _PTR_VECTOR_HH
#define _PTR_VECTOR_HH

#include "auto_ptr.hh"
#include <vector>

template<typename T>
class ptr_vector : public std::vector<T*>{
public:
    ~ptr_vector(){
        clear();
    }

    void clear(){
        typename std::vector<T*>::iterator it;
        for(it = std::vector<T*>::begin(); it != std::vector<T*>::end(); ++it){
            delete *it;//释放指针指向的内存.
        }
        
        /*
        for(size_t i = 0; i < std::vector<T*>::size(); ++i){
            delete std::vector<T*>::back();
        }*/
        
        std::vector<T*>::clear(); //释放指针本身.
    }

    typename std::vector<T*>::iterator erase(typename std::vector<T*>::iterator it){
        if(it >= std::vector<T*>::begin() && it < std::vector<T*>::end()){
            delete *it;
            std::vector<T*>::erase(it);
        }
    }

    void pop_back(){
        if(std::vector<T*>::size() > 0){
            delete std::vector<T*>::back();
            std::vector<T*>::pop_back();
        }
    }
    
    void push_back(T* const &v){
        auto_ptr<T> ap(v);
        std::vector<T*>::push_back(v);
        ap.release();
    }

    void push_back(auto_ptr<T> &v){
        std::vector<T*>::push_back(v.get());
        v.release();
    }
    
};

#endif

测试代码：

class Test// : private NonCopyable{
{public:
    Test(int a = 99):a(a){printf("Constroctr\n");}
    ~Test(){printf("~DeConstroctr\n");}
    int get(){return a;}
private:
    int a;
};

int main(){
    auto_ptr<Test> ap1(new Test(0));
    auto_ptr<Test> ap2(new Test(1));
    auto_ptr<Test> ap3(new Test(2));

    printf("%d\n", ap1->get());
    
    ptr_vector<Test> apv;
    apv.push_back(ap1);
    apv.push_back(ap2);
    apv.push_back(ap3);
    printf("%d %lu \n", apv.front()->get(),apv.size());
/*
    apv.pop_back();
    printf("%lu\n", apv.size());

    apv.pop_back();
    printf("%lu\n", apv.size());
    
    apv.pop_back();
    printf("%lu\n", apv.size());
*/
    apv.pop_back();
    printf("%lu\n", apv.size());
    
    
    ptr_vector<Test>::iterator it = apv.begin();
    apv.erase(it);
    printf("%lu\n", apv.size());

    
    getchar();
    
    
    
    return 0;
}

Constroctr
Constroctr
Constroctr
0
0 3 
~DeConstroctr
2
~DeConstroctr
1

~DeConstroctr

本文主介绍了智能指针的本质,及两种简单的智能指针实现与一个指针容器的实现.

事实上现在auto_ptr用的不多，如果没对原来传进来的指针进行处理，转移后,原来的指针为空了，如果有人去使用既会造成问题。
vector也存在很多问题，pop_back()一个空的容器,vector里面照样会做--size,这时候容器大小从0就变成了无限大，后果无法预料，.本例中对这种情况进行了处理. pop_back()一个空的vector将什么都不做. 但是vector用法还是有讲究的，不然容易造成问题.