C++ primer智能指针（HasPtr）实现

智能指针显然是C++吸引人的地方之一，必须掌握。看了《C++primer》，里面着重讲了智能指针的实现方式。

书中说到：

    “HasPtr(注：就是自定义的智能指针)在其它方面的行为与普通指针一致。具体而言，复制对象时，副本和原对象将指向同一基础对象。如果通过一个副本改变基础对象，则通过另一个对象访问的值也会改变。

      新的HasPtr类需要一个析构函数来删除指针。但是，析构函数不能无条件的删除指针。”

     条件就是引用计数。如果该对象被两个指针所指，那么删除其中一个指针，并不会调用该指针的析构函数，因为此时还有另外一个指针指向该对象。看来，智能指针主要是预防不当的析构行为，防止出现悬垂指针。

如上图所示，HasPtr就是智能指针，U_Ptr为计数器，定义如下：

class U_Ptr {
	friend class HasPtr;
	int *ip;
	size_t use;
	U_Ptr(int *p) :
		ip(p), use(1) {
		cout << "U_ptr constructor called !" << endl;
	}
	~U_Ptr() {
		delete ip;
		cout << "U_ptr distructor called !" << endl;
	}
};

里面有个变量use和指针ip: use记录了*ip对象被多少个HasPtr对象所指。假设现在又两个HasPtr对象p1,p2指向了U_Ptr，那么现在我delete  p1，use变量将自减1，   U_Ptr 不会析构，那么U_Ptr指向的对象也不会析构，那么p2仍然指向了原来的对象，而不会变成一个悬空指针。当delete p2的时候，use变量将自减1，为0。此时，U_Ptr对象进行析构，那么U_Ptr指向的对象也进行析构，保证不会内存泄露。  

包含指针的类需要特别注意复制控制，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。

大多数C++类用三种方法之一管理指针成员

    （1）不管指针成员。复制时只复制指针，不复制指针指向的对象。当其中一个指针把其指向的对象的空间释放后，其它指针都成了悬浮指针。这是一种极端

   （2）当复制的时候，即复制指针，也复制指针指向的对象。这样可能造成空间的浪费。因为指针指向的对象的复制不一定是必要的。

   （3）第三种就是一种折中的方式。利用一个辅助类来管理指针的复制。原来的类中有一个指针指向辅助类，辅助类的数据成员是一个计数器和一个指针（指向原来的）（此为本次智能指针实现方式）。

     其实，智能指针的引用计数类似于java的垃圾回收机制：java的垃圾的判定很简答，如果一个对象没有引用所指，那么该对象为垃圾。系统就可以回收了

# include <iostream>
using namespace std;
class U_Ptr {
	friend class HasPtr;
	int *ip;
	size_t use;
	U_Ptr(int *p) :
		ip(p), use(1) {
		cout << "U_ptr constructor called !" << endl;
	}
	~U_Ptr() {
		delete ip;
		cout << "U_ptr distructor called !" << endl;
	}
};
class HasPtr {
public:
	HasPtr(int *p, int i) :
		ptr(new U_Ptr(p)), val(i) {
		cout << "HasPtr constructor called ! " << "use = " << ptr->use << endl;
	}
	HasPtr(const HasPtr& orig) :
		ptr(orig.ptr), val(orig.val) {
		++ptr->use;
		cout << "HasPtr copy constructor called ! " << "use = " << ptr->use
				<< endl;
	}
	HasPtr& operator=(const HasPtr&);
	~HasPtr() {
		cout << "HasPtr distructor called ! " << "use = " << ptr->use << endl;
		if (--ptr->use == 0)
			delete ptr;
	}
	int *get_ptr() const {
		return ptr->ip;
	}
	int get_int() const {
		return val;
	}
	void set_ptr(int *p) const {
		ptr->ip = p;
	}
	void set_int(int i) {
		val = i;
	}
	int get_ptr_val() const {
		return *ptr->ip;
	}
	void set_ptr_val(int i) {
		*ptr->ip = i;
	}
private:
	U_Ptr *ptr;
	int val;
};
HasPtr& HasPtr::operator =(const HasPtr &rhs) {     //注意，这里赋值操作符在减少做操作数的使用计数之前使rhs的使用技术加1，从而防止自我赋值
	++rhs.ptr->use;
	if (--ptr->use == 0)
		delete ptr;
	ptr = rhs.ptr;
	val = rhs.val;
	return *this;
}
int main() {
	int *pi = new int(0);
	HasPtr *hpa = new HasPtr(pi, 100);
	HasPtr *hpb = new HasPtr(*hpa);
	HasPtr *hpc = new HasPtr(*hpb);
	HasPtr hpd = *hpa;

	cout << hpa->get_ptr_val() << " " << hpb->get_ptr_val() << endl;
	hpc->set_ptr_val(10000);
	cout << hpa->get_ptr_val() << " " << hpb->get_ptr_val() << endl;
	hpd.set_ptr_val(10);
	cout << hpa->get_ptr_val() << " " << hpb->get_ptr_val() << endl;
	delete hpa;
	delete hpb;
	delete hpc;
	cout << hpd.get_ptr_val() << endl;
	return 0;
}

这里的赋值操作符比较麻烦，且让我用图表分析一番：

假设现在又两个智能指针p1, p2,一个指向内容为42的内存，一个指向内容为100的内存，如下图：

现在，我要做赋值操作，p2 = p1。对比着上面的

HasPtr& HasPtr::operator =(const HasPtr &rhs)

此时，rhs就是p1，首先将p1指向的ptr的use加1，

++rhs.ptr->use;

然后，做：

if (--ptr->use == 0)
		delete ptr;

因为，原先p2指向的对象现在p2不在指向，那么该对象就少了一个指针去指，所以，use做自减1；

此时，条件成立。因为u2的use为1。那么，运行U_Ptr的析构函数，而在U_Ptr的析构函数中，做了delete ip操作，所以释放了内存，不会有内存泄露的问题。

接下来的操作很自然，无需多言：

ptr = rhs.ptr;
val = rhs.val;
return *this;

做完赋值操作后，那么就成为如下图所示了。红色标注的就是变化的部分：

而还要注意的是，重载赋值操作符的时候，一定要注意的是，检查自我赋值的情况。

如图所示：

此时，做p1 = p1的操作。那么，首先u1.use自增1，为2；然后，u1.use自减1，为1。那么就不会执行delete操作，剩下的操作都可以顺利进行。按《C++ primer》说法，“这个赋值操作符在减少左操作数的使用计数之前使rhs的使用计数加1，从而防止自身赋值”。哎，反正我是那样理解的。当然，一来就可以按常规那样：

if（this == &rhs）
    return *this;

运行结果：

U_ptr constructor called !
HasPtr constructor called ! use = 1
HasPtr copy constructor called ! use = 2
HasPtr copy constructor called ! use = 3
HasPtr copy constructor called ! use = 4
0 0
10000 10000
10 10
HasPtr distructor called ! use = 4
HasPtr distructor called ! use = 3
HasPtr distructor called ! use = 2
10
HasPtr distructor called ! use = 1
U_ptr distructor called !