如何在C++中实现用户定义的共享指针

在C++中，共享指针是一个常用的技术，它能够在多个对象之间共享所有权。C++ 11引入了std::shared_ptr, std::weak_ptr和std::enable_shared_from_this这些标准库类型，它们提供了内置的共享指针支持。然而，在某些情况下，程序员需要实现自己的共享指针实现，因此本文将向您介绍如何在C++中实现自定义的共享指针类型。

实现一个简单的引用计数类

为了实现自定义的共享指针类型，我们需要一个引用计数类来跟踪指针的引用计数。下面是一个简单的引用计数类的示例：

class RefCount {
public:
    RefCount() : refCount_(0) {}
    void AddRef() { ++refCount_; }
    void RemoveRef() { --refCount_; }
    int GetRefCount() const { return refCount_; }
private:
    int refCount_;
};

在这个示例中，RefCount包含一个整数，用于存储当前共享指针指向的对象的引用计数。AddRef和RemoveRef两个函数分别用于将引用计数增加和减少，GetRefCount函数用于获取当前引用计数的值。

实现自定义的共享指针类

有了引用计数类，现在我们可以开始实现自定义的共享指针类了。下面是一个简单的示例：

template<typename T>
class SharedPtr {
public:
    SharedPtr() : ptr_(nullptr), refCount_(nullptr) {}
    SharedPtr(T* ptr) : ptr_(ptr), refCount_(new RefCount) { refCount_->AddRef(); }
    SharedPtr(const SharedPtr<T>& other) : ptr_(other.ptr_), refCount_(other.refCount_) { refCount_->AddRef(); }
    SharedPtr<T>& operator=(const SharedPtr<T>& other);
    ~SharedPtr() { Release(); }
    T* Get() const { return ptr_; }
    T& operator*() const { return *ptr_; }
    T* operator->() const { return ptr_; }
private:
    void Release();
private:
    T* ptr_;
    RefCount* refCount_;
};

template<typename T>
SharedPtr<T>& SharedPtr<T>::operator=(const SharedPtr<T>& other) {
    if (this != &other) {
        Release();
        ptr_ = other.ptr_;
        refCount_ = other.refCount_;
        refCount_->AddRef();
    }
    return *this;
}

template<typename T>
void SharedPtr<T>::Release() {
    if (refCount_ != nullptr) {
        refCount_->RemoveRef();
        if (refCount_->GetRefCount() == 0) {
            delete ptr_;
            delete refCount_;
        }
        ptr_ = nullptr;
        refCount_ = nullptr;
    }
}

在这个示例中，SharedPtr包含一个指针和一个指向RefCount对象的指针。 构造函数用于创建一个新的SharedPtr对象并将其设置为指向给定的对象，并增加引用计数。拷贝构造函数实现了与上一个共享指针共享对象的功能，并将引用计数增加。 Get函数用于获取指向对象的原始指针，重载*和->操作符允许使用共享指针实例就像是普通的指针一样。

此外，还实现了一个简单的析构函数来释放RefCount对象和原始指针。赋值运算符被重载，以便在赋值之前解除引用计数，并增加新引用的引用计数。 Release函数用于释放RefCount对象和原始指针。

测试

下面是一个简单的示例，演示了如何使用自定义的共享指针：

SharedPtr<int> ptr1(new int(42));
SharedPtr<int> ptr2(ptr1);
SharedPtr<int> ptr3;
ptr3 = ptr2;

std::cout << *ptr1 << std::endl; // 输出 42
std::cout << *ptr2 << std::endl; // 输出 42
std::cout << *ptr3 << std::endl; // 输出 42

*ptr1 = 123;
std::cout << *ptr1 << std::endl; // 输出 123
std::cout << *ptr2 << std::endl; // 输出 123
std::cout << *ptr3 << std::endl; // 输出 123

在这个示例中，我们使用自定义的共享指针SharedPtr来管理一个整型指针。我们创建了三个SharedPtr对象，其中第一个是使用new运算符创建的，而其余两个是使用拷贝构造函数和赋值运算符创建的，这表明了引用计数被正确地跟踪。 更改其中一个SharedPtr对象的内容也会在其他SharedPtr对象中反映出来，这证明了共享指针在多个对象之间共享所有权的能力。

到此，我们就成功地实现了自定义的共享指针类型。

结论

本文介绍了如何在C++中实现用户定义的共享指针。 首先，我们实现了一个简单的引用计数类来跟踪指针的引用计数。 然后，我们使用这个引用计数类来实现自定义的共享指针类。 最后，我们提供了一个示例来演示如何使用自定义的共享指针。

自定义共享指针是一个有用的技术，可以帮助程序员轻松管理复杂对象之间的所有权关系。 所以，理解并实现自定义的共享指针是C++开发人员的必修课程。